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2023-01-31
“充電5分鐘，續(xù)航200公里”，壓倒燃油車的稻草？
更新時間：2022-10-10 16:38:50作者：智慧百科
“主要是油車沒有那么多麻煩事?！敝苌钸@次十一假期和家人跨省自駕游，他在去年已購置一輛純電汽車。但考慮到出遠(yuǎn)門，周深還是覺得油車靠譜。
周深說的“麻煩事”是純電車型的里程焦慮。每逢節(jié)假日，高速路口的充電樁會徹夜排起長隊，有車主在朋友圈自嘲凌晨三點還守在充電樁排隊。隨著新能源汽車滲透率的增長，“充電一小時，排隊五小時”成為電車車主新的痛點，直呼“電動爹”。
增程式國慶充電
根據(jù)汽車之家發(fā)布的《2021中國汽車市場消費趨勢洞察報告》顯示，有超過6成的消費者認(rèn)為，充電便捷性是選購新能源車型的首要因素。
充電慢、充電難成為電車車主的心病。如何緩解補能焦慮，新能源廠商給出一個方案——800V高壓平臺，將充電時長縮減一半，實現(xiàn)“充電5分鐘，續(xù)航200公里”的小目標(biāo)。
2019年，保時捷首推基于高壓平臺的量產(chǎn)車型Taycan。小鵬、極狐、埃安、極氪等國內(nèi)廠商，大眾、奔馳等外資車企紛紛跟進(jìn)，押寶高壓平臺。在近期小鵬G9發(fā)布會上，小鵬CEO何小鵬揚言要接棒保時捷。
招商證券研報指出，800V電壓平臺可降低電池包充電熱量、提升EMC（電磁兼容性），提升效率和續(xù)航，讓充電補能無限接近燃油車的加油體驗。
被視為壓倒燃油車最后一根稻草的800V快充，能否實現(xiàn)像加油一樣便捷？
燃油車大限將至？
在新能源車滲透率突破20%后，新勢力已經(jīng)開始思考何時取代燃油車。
今年8月，何小鵬在超級補能發(fā)布會上再次看空燃油車，表示未來超快充+充電樁建設(shè)，將改變市場格局。10萬元以下燃油車將很被淘汰，10萬-20萬元區(qū)間內(nèi)燃油車將被混動和純電車型沖擊，混動表現(xiàn)更突出；20萬元以上，則是純電車型將更強。
何小鵬替代燃油車的設(shè)想，高壓平臺技術(shù)下放以及配套的超級充電樁缺一不可。
就像保時捷Taycan，一杯咖啡滿電體驗，只能使用保時捷專用超充站，其他廠商或者第三方超充樁的充電功率大打折扣。去年11月，特斯拉在荷蘭開放部分超充樁，允許非特斯拉品牌車型使用。但根據(jù)保時捷Taycan車主發(fā)布的體驗視頻顯示，特斯拉超充樁在給Taycan充電時，輸出功率在130kW左右浮動，約為V3超充樁峰值功率250kW的一半。
第三方充電樁不適配自家車型。因此，主機廠在推出800V車型時，也會配套建設(shè)自家超充樁。
一般情況下，400V電壓平臺，峰值充電功率約為250A×400V=100kW。提升充電功率，分化出大電流和高電壓兩條技術(shù)路線。
特斯拉、極氪、廣汽埃安等廠商押寶大電流。特斯拉相關(guān)人士告訴觀察者網(wǎng)，特斯拉V3超級充電樁可實現(xiàn)最大600A+的電流。
但據(jù)安信證券分析認(rèn)為，大電流的方案難以實現(xiàn)250kW以上的充電功率。大電流會使得電路中的連接器、電纜、電池的電連接、母線排等部件產(chǎn)生較高的熱損失，其中電池在大電流充電期間容易發(fā)生過載、過熱或充電電流受控降額等問題。目前在400V架構(gòu)下極限電流一般為500A，特斯拉V3超充樁峰值電流超過600A并非全覆蓋，僅在5%-27%SOC（系統(tǒng)級芯片）內(nèi)實現(xiàn)250kW的最大充電功率。
而在800V架構(gòu)中，電流同樣為500A，車輛充電功率就已達(dá)到400kW，5分補能33kWh。如果按照百公里13kWh耗電量估算，5分鐘的補能電量續(xù)航里程已接近300公里。
因此，800V高電壓被看做真正實現(xiàn)快充的最優(yōu)解。
充電時長縮短，意味著車輛不再需要通過大容量電池包緩解里程焦慮，電池包成本也相應(yīng)降低。
同時，國金證券研報指出，800V電驅(qū)架構(gòu)下，整車節(jié)能5-10%，能耗損失下降；同時降低車輛電線、電纜中銅的需求，實現(xiàn)車身低成本和輕量化設(shè)計。
縱有千般好，800V高壓平臺技術(shù)下放仍較緩慢，究其原因，離不開成本二字。
牽一發(fā)動全身
將電壓從400V提升至800V，看似只是改變電芯串并聯(lián)的方式，卻是牽一發(fā)動全身的設(shè)計。
對于車輛而言，電壓升高意味著大三電（驅(qū)動電機總成、控制器總成、傳動總成）以及小三電（DC/DC直流變換器、車載充電機OBC、高壓配電盒PDU）、空調(diào)系統(tǒng)都要適配更高的電壓平臺，需要重新選型。
以保時捷Taycan為例，整車需要為不同的元器件配備不同的電壓，包括800V、400V、48V和12V四個電壓平臺，結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。僅僅是空調(diào)壓縮機，就配備一個800V轉(zhuǎn)400V的轉(zhuǎn)化器用于供電，還額外搭載一臺直流車載充電泵，將400V的充電樁輸出電壓升壓至800V后再對電池進(jìn)行充電。
同時，車載Si IGBT（硅基功率器件）正在接近材料極限，需要車企選擇成本更高的耐壓高、損耗低的SiC MOSFET（SiC基功率半導(dǎo)體）。
中金證券指出，IGBT關(guān)斷時會產(chǎn)生拖尾電流，造成較大的開關(guān)損耗，因此限制了其高頻驅(qū)動應(yīng)用。相比之下，SiC材料能以多數(shù)載流子器件如MOSFET實現(xiàn)高壓化，避免了開關(guān)損耗和頻率限制問題。同時，SiC MOSFET有利于輕量化設(shè)計，如果將逆變器功率模塊由Si模塊替換為全SiC模塊后，電機重量減輕了40%，尺寸減小了43%。
SiC MOSFET什么都好，就是價格太貴。中金證券估算，如果采用Si IGBT方案，功率器件單車價格約1500元，而SiC MOSFET方案下，其價格達(dá)到4500元。
除了功率器件，800V平臺成本提高還包括線束成本、高壓直流繼電器、薄膜電容等方面。以高壓連接器為例，400V平臺車型高壓連接器在15-20個，單價1000-2000元。而800V平臺連接器在25個以上，單價成本提高到2500元以上。
各類零部件成本累計導(dǎo)致800V平臺車型整車成本高企，背后還包括配套的高壓充電樁。因此，車企只愿在高端車型中搭載高壓平臺。
不過，現(xiàn)階段的電池材料和熱管理系統(tǒng)技術(shù)是否成熟，能否保障電池安全？
根據(jù)國際交通通訊雜志發(fā)布的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，在高倍率充電會使電芯溫度短時間內(nèi)大幅上升，且熱分布不均勻，電芯正極區(qū)域發(fā)熱集中；電芯溫度過高會加劇電池析鋰、SEI累積等問題，縮短電池使用壽命，嚴(yán)重時甚至?xí)霈F(xiàn)熱失控鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，造成較大的安全威脅。
同時，電池系統(tǒng)具有明顯的短板效應(yīng)，單一電芯的局部過熱將影響整個電池系統(tǒng)運行。因此，高倍率充電需要對電池冷卻系統(tǒng)進(jìn)行升級，提升散熱均勻程度，特別需要對發(fā)熱較為集中的電芯正極區(qū)域進(jìn)行針對性冷卻，確保電池的溫度一致性。
更精細(xì)化的熱管理成為車企新的研究重點。小鵬汽車相關(guān)人士告訴觀察者網(wǎng)，小鵬汽車的的電池系統(tǒng)有完善的軟硬件防護(hù)功能，可以在有異常電壓或電流沖擊的情況下及時保護(hù)電池，避免電池受損。一方面，電芯按照超充倍率專門設(shè)計，通過應(yīng)用先進(jìn)的6系三元材料與超充熱設(shè)計，在G9上搭載電芯高倍率充電技術(shù)；另一方面小鵬汽車制定了相匹配的系統(tǒng)設(shè)計、充放電控制策略及熱管理策略，確保電芯在用戶使用期間滿足電池的全生命周期壽命指標(biāo)。
根據(jù)小鵬的規(guī)劃，2022年底將在北京、上海、深圳、廣州、武漢5個城市同步新上線7座小鵬S4超快充站。到2023年，小鵬汽車計劃新增超過500座以上的S4超快充站，實現(xiàn)主要重點城市和核心高速沿線的S4站超快充網(wǎng)絡(luò)覆蓋。到2025年，小鵬汽車目標(biāo)是累計建設(shè)2000個小鵬超快充站。
未來，隨著超充站的鋪建以及更多高壓平臺車型推出，燃油車的好日子不多了。
（應(yīng)受訪者要求，周深為化名）