800V高压平台,能治好补能焦虑?

车市物语·2021-11-15
高压平台真就可以为所欲为?

每逢节假日的扎堆出行时,排队充电的糟糕体验总会引来电动车用户的连连吐槽。即便电动车能够跑满500-600km,补能焦虑依旧是电动汽车的头号难题

归根结底,增加续航里程,仅仅是降低了用户补能焦虑的频次,从过去的200-300km焦虑一次,变成了500-600km焦虑一次。若想彻底解决,尤其是长途出行的场景痛点,提升充电效率缩短单次补能时间,或许才是更治本的药方。

2021年国内部分车企的快充进展

风起于青萍之末,业内在寻求更快速的充电路径时,800V高压平台技术逐渐冒尖,今年已有近十家企业公布了相关布局。电压平台升高的量变,如何实现补能像加油一样便捷的质变?距离800V技术的广泛应用还有多远?

01 800V电压平台是必然路径

目前车企普遍应用的是400V高压平台,250A电流可以达到100kW的充电功率,电池30%-80%SOC(State of Charge,即荷电状态,用来反映电池的剩余容量)约30分钟。

做得比较极致的像特斯拉,配合自身的250kW充电桩,峰值工作电流达600A,整车电压平台依然在400V左右,走的是低压大电流的路线。还有极氪 001,在400V电压架构下最大充电电流可达到600A,峰值充电功率223kW,也实现了比较快的补能效率。

为了进一步向传统车加油时间看齐,业内寄望于把电压平台提升到800V甚至更高水平,达到300-500kW的充电功率,只需几分钟就可以迅速补能。

不同电压平台的充电功率

保时捷Taycan是第一台量产的800V架构电动车,同一个超快充阵营(Ionity)的欧美车企也有相应800V产品规划。国内开花更多,比亚迪、广汽埃安、华为、极氪、极星、小鹏、岚图、理想等都在打造高压平台。

400V分支下,大部分的标杆企业已经从150kW往200kW开始努力,而800V快充的设计,也开始从350A的分水岭,往500-600A的更大电流去设计。

400V 快充的进化路径

800V 快充的进化路径

华为的一项研究显示,采用了800V高压模式的快充支持30%-80%SOC最大功率充电,而低压大电流模式仅能在10%-20%SOC进行最大功率充电,在其他区间充电功率下降的非常迅速。可见,800V高压模式能支持更长时间的快充。

车企目前主要就是从大电流和高压两条路来做选择,最终会走向800V高压充电的技术路线。

02 供应链初步成熟,爆发尚待时日

为了达到更高的充电功率,需要车企对各高压零部件的绝缘、耐压等级,铜排的载流、耐高温能力设计等进行调整。

电芯自然不用说,为了支持快充的研发投入已有不少积累。此外,电池系统里面的电气设计和电池热管理都需要升级——在高功率快充条件下,对冷却系统带来很大的挑战,包括充电接口和充电线缆,甚至是电池系统内的电连接散热都需要进一步考虑,电池系统的低温加热也提出了新的要求。

在电气化提升过程中,IGBT模块是决定整车能源效率的“关键先生”,应用于新能源汽车电动控制系统、车载空调系统、充电桩逆变器三个子系统中,约占整车成本的7%-10%,是除电池以外成本第二高的元件。

车企打造800V高压平台的出路,都是在IGBT上做文章,用碳化硅(SiC)器件来替代目前的硅基IGBT。

SiC耐高压、耐高温、高频的优势,简直就是为800V平台量身打造。作为最早吃螃蟹的人,特斯拉2018年在Model 3的电机控制器上使用了SiC模块,大幅抢占了400V电池系统的技术和市场红利,也一举点醒电动车行业,促使车用半导体材料由硅转向SiC。

目前围绕800V的SiC供应处于初步成熟阶段,主要的供应商包括意法半导体(ST)、Cree、罗姆、英飞凌和安森美。全球SiC晶圆年产能约为40-60万片,国内SiC产品80%左右依赖进口。由于需求激增,生产工艺复杂且存在良率问题,SiC将面临巨大的产能缺口。

今年估计有100万辆纯电动汽车采用了SiC逆变器,特斯拉占最大头。

跟当下的“芯片荒”情况类似,只有实现了SiC的稳定供应,将来才能保障800V车型的规模上量。

Cree计划2019-2024年投资7.2亿美元将SiC材料及晶圆产能扩充30倍;罗姆计划2024财年(截至2025年3月31日)将SiC生产能力将提升5倍以上。从行业龙头的动作来看,预计到2024年左右,SiC的产能才会完全拉起来。

目前SiC的主导玩家主要还是特斯拉

从2022年开始,我们可以估算下整体SiC的用量:

车企在加速开发大功率快充,在逆变器中采用SiC功率模块只是车用SiC器件的起步,随着SiC在车载充电器、DC/DC转换以及充电桩中渗透率提升,SiC的供应将成为强需求。2022年,上述加总的量还不多,但到了2023年,基本上会是爆发的状态。

这跟华为的预测也比较接近:国内市场,高压平台车型将自2021年逐步上市,2023年密集增长,到2025年高压车型市场预计累计增长至393万辆+。

03 跳出“鸡蛋之争”,快充配套怎么解?

到了充电桩这一端,技术上来说最容易达到高压,比电池、车上部件都更成熟。特来电、星星充电、普天新能源等充电服务商,都具备了400kW以上充电桩的技术储备。难点在于资源的调动,对电源建设、配电网、电网运行控制等带来了新的挑战。

国内市场上已有的直流快充设施,大部分功率介于60kW-150kW。桩的建设其实需要适度超前,欧美车企的做法给了一个参照。早在2017年,几大巨头开始联合铺建高性能的充电网络,直奔350kW,给后续高压平台电动车的投放打下了基础。

对于国内的充电桩运营商来说,高功率快充也有助于提高盈利能力:在一些高频使用的快充服务站点,60kW的充电桩服务能力有限制,这个可以折算为有效的周转次数——目前一天的极限服务能力是10辆车;而高功率的150kW直流大功率快充桩,周转次数能提升3倍,消费者也更倾向于选择高充电功率段来节约时间,进一步提高周转率。

可以看到,当车企争相部署800V技术架构时,与之适配的高压大功率充电桩的数量也将联动增长,2021年业内预计将铺设3000+超快充电桩,到2023年数量扩充至10000+。再加上存量桩的升级,未来将有更大功率的充电桩出现在路端。

在实际情况中,等不及公共桩的全面适配,少数车企已经挑头在干。先行者特斯拉从2012年开始在全球建设超充桩网络,效果可见一斑。理想汽车创始人李想还曾评论到,特斯拉“销量碾压”的核心原因在于充电体系的带动。

小鹏的快充网络考虑

小鹏汽车提出了自建480kW高压超充桩的计划,把800V快充和储能系统相结合考虑,是一个非常有价值的事情。自营超充从用户体验、消费信心到品牌价值都是很大的加分项,但难度也不小。由于用电规模、场地数量的限制,甚至各家在商圈、交通枢纽的排他性建设,这种模式留给后来者的机会越来越小了,很难想象每家品牌都去构筑自己专有且独占的快充网络。未来很可能自营充电桩会走向开放,特斯拉已经在做了,最新宣布在全球开放30000个超充桩,促进电动汽车行业共同发展。

任何一项革命性技术的落地都需要环境协同完成。

没有高压架构车型的推出和上量大功率充电桩就丧失了推广的动力。反之,高压车型如果无法在快充上为用户带来更优的使用体验,缺乏高于普通电动汽车的差异化属性,也就难以走进私人消费者心中。车企、桩企和供应商企业应联动起来,共同铺建车上车下的高压化生态,才能推动电动汽车加快进入大功率快充时代的步伐。

本文来自微信公众号 “车市物语”(ID:autostinger),作者:朱玉龙,编辑:杜俊仪 1个提醒,36氪经授权发布。

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