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车企推行800V高压平台的起因及发展现状

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前言
电动车渗透率快速提升,车企竞争更加多元,提升补能效率成为车企提升用户体验、 差异化竞争的重要方向,800V 高压快充是重要的手段之一,车企正在大力布局, 800V 高压平台带来系统性技术升级,伴随诸多部件的价值提升。
随着电动车渗透 率的快速提升,车企的竞争更加深化和多元,未来几年是车企品牌向上、服务 升级、差异化竞争的最佳窗口时间,缩短充电时间是提升电动车使用体验的主要诉求之一,国内外整车厂争相布局 800V 快充,有望率先在高端车上配置。
国外车企中, 保时捷 Taycan 是第一台 800V 架构的电动车,已经论证了可行性,通用表示电动悍马将采用 800V 系统,现代 e-GMP 纯电平台会用 800V 架构。国内未来 2-3 年将推出较多800V 车型,例如小鹏 G9、长城机甲龙、广汽 AION V PLUS、极氪、极狐αS 等,同时车企会陆续布点 800V 快充桩。

一、800V 高压平台渐近,加快解决续航、充电焦虑问题

(一)电动车 800V 高压平台正逐步落地因动力源差异,燃油车和电动车的电压平台差异大。燃油车动力源来自内燃机,车用电器对输出功率要求不高,低电压平台即可满足:1918 年,蓄电池首次引入汽车;1920年得到普及,电压仅为 6V。随着车载电器增多,车企相继推出 12V-48V 等系统,适配以内燃机为主要动力源的车型。而纯电车型动力源是电机和电池,需要较大的输入/输出功率,车内电压平台通常高于燃油车。纯电乘用车电压通常在 200-400V 之间。400V 高压系统通常包括:电池、电机、电控、充电机(OBC)、高低压转换器(DC/DC)、高压控制盒(PDU)、连接器及线束、电机/电池热管理相关零部件。从核心部件功能上看:
1)电池是所有电器的供电单元,PDU 对电池、电路起保护作用;
2)驱动电机及控制器是动力源,将电能转化为机械能;
3)DC/DC 对高低压进行转化,满足车内低电压器件用电需求;
4)OBC 将充电桩的交流电转换成直流电进而通过分线盒给电池充电。

400V 电子电器架构

400V 架构下零部件布局

800V 电子电器架构

保时捷 Taycan 800V 高压架构布局

800V 高压平台车型出现后,国内车企从技术迭代角度开始跟进 800V 架构。保时捷Taycan 是首款 800V 高压平台的量产车型,已将最大充电功率提升至 350KW,可以在大约 23 分钟内,把动力电池从 5%充至 80%,相当于 300 公里的续航能力。同等功率下,当电压从 400V 提升到 800V 后,工作电流将降低一半,进而线束体积、功率损耗均有下降。国内车企目前纷纷跟进 800V 高压平台架构,有望在 2022 年陆续实现量产:

1) 比亚迪:2021 年 9 月,上海车展发布 e 平台 3.0,提供 800V 闪充功能,充电 5 分钟可增加续航 150 公里,搭载 800V 平台的车型有望 2022 年量产。 

2) 吉利极氪:2021 年 9 月,发布子品牌极氪,充电桩最大功率达 360KW。极氪 001采用的浩瀚架构具备 400V 和 800V 两种电压架构,10%-80%SOC 充电时间仅需 30分钟,充电 5 分钟续航可增加 120 公里。搭载 800V 的产品有望在 2022-2023 年亮相。

3) 北汽极狐:2021 年 4 月,发布极狐αS Hi 版,具备 800V 充电架构,2.2C 闪充技术能实现 10 分钟补充 196 公里续航的电量,30%-80%SOC 充电时间仅为 15 分钟。

4) 广汽埃安:2021 年 8 月,发布 A480 超充桩,峰值电压 1000V,电流 600A,未来将超倍速电池技术搭载于 AION 系列车型,可做到充电 5 分钟,续航 200 公里。

5) 东风岚图:2021 年 9 月,发布最新 800V 高压超级快充技术,在 360KW 超级充电桩的加持下,充电速率可提升 125%,可实现充电 10 分钟,续航 400 公里。

6) 小鹏汽车:2021 年 10 月,公布首个量产的 800V 高压 SiC 平台,充电峰值电流超过600A,采用高能量密度、高充电倍率电池,充电 5 分钟最高可补充续航 200 公里。

7) 现代:2020 年 12 月,发布 E-GMP 平台,标配 800V 系统同时配套 800V 超高速充电基础设施,可实现 14 分钟快充 80%,充电 5 分钟可行使约 100 公里。

国内车企 800V 快充技术布局

(二)800V 方案是降低续航及充电焦虑的主流选择新能源汽车普及过程中,续航和充电速度是两大短板。
相较于燃油车,大部分新能源汽车续航里程低于 600 公里,普遍低于燃油车的续航里程,较难满足城际间长里程行驶需求。另一方面,现有的充电技术需要消费者等待 40 分钟甚至更久才可充满,而燃油车的加油过程仅需要 5 分钟,对比之下补能效率更低。续航里程和充电速度是两大短板,制约新能源汽车对燃油车的替代。车企的解决方案包括:提升带电量、提高补能效率。
提升带电量能够缓解续航问题,但边际效益递减。HEV、PHEV、EREV 车型通过燃油的方式提高续航水平。纯电车型可通过增加电池带电量实现高续航目的,目前特斯拉Model 3 高性能版 CLTC 标准的续航里程达 675 公里。但电池是新能源车价值量最高的部件,带电量提升会导致边际成本和整车重量增加,购车成本与整车功耗也将随之增加。
提高补能效率,主流解决方案有两种:换电、大功率快充。
1) 换电:换电把新能源车充电时间替换成换电时间,代表企业有蔚来汽车,其二代换电站换电效率已提升至约 5 分钟/车,接近于普通燃油车一次加油的水平。但各品牌车型电池规格不同,换电技术的推广极度依赖于车企自建的换电体系,大规模推广的成本及难度较高。

蔚来换电站

2) 高电流低电压(400V)充电:根据功率、电压、电流关系公式𝑃 = 𝑈𝐼,其他条件保持不变,充电电压或电流其中任一提高即可提高充电效率。特斯拉、极氪是大电流超充的代表品牌,特斯拉 V3 超充桩能在 400V 电压的条件下达到 250kW 的峰值充电功率,15 分钟可补充 Model 3 约 250 公里续航所需电量。
高电流推广难度同样较大。根据焦耳定律𝑄 = 𝐼𝐼𝑅𝑡,当通电时间与电阻不变,热量与电流的二次方成正比,大电流快充将大幅增加充电过程中的热量。特斯拉 V3 超充桩峰值工作电流超过 600A,需要使用更粗的线束,同时对散热技术要求更高。目前国内车厂并没有在散热方案上做大幅定制化改动。大电流充电桩同样极度依赖自建体系,推广成本高。另外,目前的大电流模式仅能在 10%-20%SOC 进行最大功率充电,在其他区间充电功率也有明显下降,高效充电并非全程覆盖。

特斯拉 V3 超充桩

特斯拉 V3 超充桩参数

3) 高电压(800V)低电流充电:目前整车普遍使用 400V 架构,切换 800V 架构能够使充电时间减少一半。保时捷 Taycan 是第一台量产的 800V 架构电动车;小鹏最新发布的 G9 是国内首款基于 800V 高压 SiC(碳化硅)平台的量产车,可实现充电 5分钟,续航 200 公里。

保时捷 800V 超充桩

保时捷高压超充桩参数

800V 架构使整车具有更高的效率。800V 电压平台推出后,相较于 400V 平台,工作电流更小,进而节省线束体积、降低电路内阻损耗,变相提升了功率密度和能量使用效率。在功率不变前提下,我们预计 800V 平台的推出,续航里程将增加 10%、充电速度将提升一倍以上。当然,实际快充技术的普及需要充电桩功率和电池充电倍率的同步匹配。
来源:电动新视界
电路通用汽车电子新能源电机控制
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首次发布时间:2023-06-16
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