2024年1月至6月的数据显示,中国新能源汽车产销量保持同比稳步增长,产销量分别达到492.9万辆和494.4万辆,市场占有率达到35.2%。这些数据表明,新能源汽车在中国汽车市场中的占比正在逐步提升,充电桩数量虽然同步上涨,但是车桩比却不降反升,带来的直接后果就是排队的时间比充电的时间还要长。续驶里程短、充电难、充电慢已经成为电动汽车普及所面临的主要问题。
为了解决上述难题,除了通过堆电池增加续航外,固态电池、换电等技术受限于成本因素还难以实现突破性进展,那么“快充”、“超充”就成为各车企布局和研发重点,于是800V高压平台应运而生。
在消费者看来车企大力宣传的 800V 就是快充系统,但实际上并不是这样,存在一定偏差。确切的来说,800V 高压快充只是 800V 高压平台系统的重要功能特征之一,那800V高压技术平台到底是什么?今天我就来给大家聊一聊!
电动汽车高压系统
电动车的电气系统设计中,通常按照电气系统工作电压将电气系统分为高压和低压两部分。其中高压电气系统主要包括电池、电机、电控、高压线束等部件;而低压电气系统则是传统的仪表、灯光、娱乐系统、车窗、雨刮系统等部件。
高压系统的电压平台来源于车辆动力电池包输出电压,大部分电动车的高压电气系统的额定电压都在300-500V之间,比如特斯拉Model Y电压是355.2V、大众ID.4 为352V、秦PLUS EV为422.4V。而低压电气系统部分,则仍是沿用了传统的12V或24V电压。
400V高压系统特点
400V电压系统通常包括: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。
受限于硅基IGBT功率元器件的耐压能力,之前高压系统都是采用400V电压平台。基于该电压平台的充电桩,充电功率最大达到了250kW,工作电流的峰值接近 600A。如果想提高充电功率、缩短充电时间,就需要将电压平台从400V提升到 800V、1000V甚至更高的水平,来实现高压系统的扩容。保时捷 Taycan量产 800V 电压平台已经将最大充电功率提升到 350KW,可以在 22.5 min,把容量 93.4kWh 的动力电池从 5%充至 80%,提供 300 公里的续航能力。
800V高压高压系统特点
要实现全 800V 高压系统,首先需要使用 800V 的电池包,确保输出电压达到要求。其次是电机、空调、充电机、DCDC以及相关线束、高压连接器等所有高压回路上的其他零件均需满足800V工作要求。
为了兼容市面上的 500V/750V快充桩,相当长一段时间800V纯电车会搭载400V转800V升压DCDC模块。其功能是根据实际充电桩电压能力,适时决定是否激活升压模块给800V电池包进行充电。
根据性价比的搭配,大致有两类形态:
一类是全 800V 平台架构,此架构中整车所有零件均为 800V 设计。
一类是高性价比部分 800V 平台架构。保留部分400V部件,由于当前800V功率开关器件成本是400V级IGBT的数倍,为了整车成本和驱动效率的平衡,主机厂有动力在关键必要的驱动系统上,使用800V部件(如电机),保留一部分400V零件(如电空调、DCDC)。
800V高压系统的优势
从技术角度来看,800V高压平台相对于传统的400V电压平台具有以下几个显著的优势:充电速度显著提升、电池重量轻量化、能量利用效率更高。
提升充电速度
800V技术可以通过提高电压来提升充电功率,从而减少充电时间,为用户带来便捷的使用体验。
那么800V是如何提升充电速度的呢?中学物理知识中讲过功率=电压*电流(P=UI)。也就是说,要想缩短电动车的充电时间,就得加大充电功率,而要想提升功率,就得增加系统的电压或电流。目前绝大部分汽车厂商都在宣传高压,而不是大电流,换言之,通过提升电流加快电动车充电速度的方案并未被广泛认可。原因其实很简单,在物理定律中,金属导体发热功率=电流的平方*电阻(P=I²R)。这意味着在导体电阻不变的情况下,随着电流的增加,系统的发热量将会呈几何倍数增加,进而导致电池过热。而电池过热意味着什么,大家应该都懂。
减少电池过热问题
随着充电功率的提升,电流也会随之变大,而过大的电流可能会导致电池过热。800V技术通过提高电压来避免这个问题,从而保护电池的健康和寿命。另外,从能耗角度来看,电池包和高压线束的发热也会使系统的电损增加。相比之下,利用更高的电压来增加充电功率,既实现了更快的充电速度,又避免了电池包乃至充电桩过热的问题。
优化电机设计和线束布置
800V技术可以减少线束的数量和长度,降低线束损耗和故障率,从而提高车辆的可靠性和稳定性。
在电机功率相等的情况下,基于高压平台打造的车型,电机的体积要比低压平台更小,也就是说高电压平台可以提高电机的功率密度,从电机生产角度来看,电机体积减少也意味着成本更低。
在线束布置方面,理论上电流越大就需要更粗的导线。但根据功率=电压*电流(P=UI)的公式可知,功率相同的情况下,电压升高电流就会变小。以400V和800V分别为例,在同等功率下,800V的电流仅为400V的一半。因此采用800V高压系统后,不仅减少了电池和线束的发热量,降低了电池热管理的成本,而且还可以使用更细的导线,线束布置起来方便,价格也更低。
降低车辆能耗
800V技术能够有效降低设备的运行温度,减少因高温导致的能量损失。通过使用耐高温的材料和技术,如碳化硅(SiC),能够使整车能耗降低,提升了能源利用效率。
延长续航里程
800V的高压系统可以使电池在高功率充电状态下工作,从而达到更长的续航里程。对于长距离出行而言,它可以帮助用户在较短的时间内补充更多的电能。
随着新能源汽车的快速发展,800V高压快充技术作为一项创新技术,具有提高充电效率和充电速度的优势。然而普及800V高压充电技术仍面临着一些挑战,只有通过合作与创新,才能推动800V高压充电技术的普及和应用。