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2023-01-31
替代燃油車，電動(dòng)車就差高壓快充了？
更新時(shí)間：2022-06-21 11:08:04作者：未知
深途（shentucar）原創(chuàng)
作者 | 周繼鳳
編輯 | 黎明
最近，燃油車車主們感受到了雙重暴擊。
6月15日零時(shí)，國內(nèi)再次迎來了新一輪成品油調(diào)價(jià)，大部分地區(qū)95號(hào)汽油突破或逼近10元/升。
不少電動(dòng)車品牌還不忘火上澆油。
小鵬汽車在其微信公眾號(hào)上，非?！皽剀啊钡靥崾荆骸?5號(hào)汽油或?qū)⑼黄剖?，并加了句摘要——“幸虧我是加電的，省?00%”，大有挑釁的意味。
來源 / 小鵬汽車微信公眾號(hào)
盡管省油，但電動(dòng)車的缺點(diǎn)，一只手都數(shù)不完，最知名的Bug，應(yīng)該算是充電難、充電慢。去年十一，“8小時(shí)車程電動(dòng)車花了16小時(shí)”、“充電1小時(shí)排隊(duì)4小時(shí)”的新聞依舊歷歷在目。
不過，最近有些車企跳出來說，“里程焦慮”已經(jīng)解決了。
小鵬汽車即將上市的新車G9，號(hào)稱能達(dá)到“充電5分鐘，續(xù)航200km+”的水平。已經(jīng)上市的極狐阿爾法S全新HI版，據(jù)說充電10分鐘即可補(bǔ)充200公里的續(xù)航里程。
這些能快速補(bǔ)能的電動(dòng)車，都是因?yàn)榇钶d了一個(gè)黑科技——800V高壓平臺(tái)。
2019年，高壓快充技術(shù)就已經(jīng)來到了市場，當(dāng)時(shí)保時(shí)捷率先量產(chǎn)800V高壓平臺(tái)電動(dòng)車Taycan。在國內(nèi)，車企也掀起了一輪800V平臺(tái)車型的發(fā)布熱潮，比亞迪、長城、廣汽、小鵬、極氪甚至是華為都在相繼推出或計(jì)劃推出800V平臺(tái)。
2022年，不少搭載了800V平臺(tái)的車型開始量產(chǎn)上市。這個(gè)所謂的800V高壓平臺(tái)究竟是怎么一回事？人們能靠著這個(gè)平臺(tái)，擺脫“里程焦慮”嗎？
什么是800V高壓平臺(tái)？
很多人將電動(dòng)車的充電方式與之前的手機(jī)行業(yè)類比。某種程度上來說，這也確實(shí)沒毛病。
早些年，手機(jī)補(bǔ)能方式就是換電池，后來技術(shù)提高了，人們不用再摳電池，轉(zhuǎn)而采用大功率快充技術(shù)。
現(xiàn)在的電動(dòng)車行業(yè)也是按照這個(gè)思路發(fā)展的。一撥企業(yè)在拼命地建換電站，比如蔚來、吉利、長安、上汽等，最近寧德時(shí)代也加入了換電的隊(duì)伍。另一撥企業(yè)走的是大功率快充路線，也就是提高充電速度。
我們學(xué)過初中物理的都知道，P（充電功率）=U（電壓）*I（電流）。在電池容量不變的情況下，要想提高充電功率，要么提高電流要么提高電壓。
因此，大功率快充路線上，也分出兩個(gè)陣營，一個(gè)陣營在拼命提高電流，主要玩家就是特斯拉。
從第一代超級(jí)快充進(jìn)化到第三代超級(jí)快充，特斯拉超充樁的電流從250A提升至640A，超充功率也從100kW提升至250kW。這個(gè)充電效率，在行業(yè)里算是領(lǐng)先的。國家電網(wǎng)最常見的快充樁功率也不過60kW、120kW兩種，家用充電樁普遍功率為7kW左右。
但是提升充電電流并不是那么容易的事兒，也不是所有人都能成為特斯拉。根據(jù)焦耳定律（Q=I2Rt），電流的提升將大幅增加充電過程中的熱量，對(duì)散熱要求很高。為此，特斯拉專門研發(fā)了高度集成的“電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)”和“電池管理系統(tǒng)BMS”。
來源 / pexels
并且，大電流充電樁極度依賴自建體系，推廣成本高。
所以，國內(nèi)的大部分車企，都選擇了另一條路，就是通過提高電壓來提高充電效率。
當(dāng)前主流新能源整車高壓電氣系統(tǒng)電壓范圍一般為230V-450V，取中間值400V，統(tǒng)稱之為400V系統(tǒng)。
不過，這400V的高壓系統(tǒng)放到今天，明顯是不夠用了?；谶@種電壓系統(tǒng)，充電功率最大的是特斯拉第三代超級(jí)充電樁，能夠做到15分鐘為車輛補(bǔ)充約250公里的續(xù)航里程。但是，要想把一輛特斯拉Model 3充滿，最快也得需要半個(gè)小時(shí)。
于是，現(xiàn)在各個(gè)車企都在拼命提高整車高壓電氣系統(tǒng)的電壓，布局800V高壓快充平臺(tái)。在電流不變的情況下，電壓從400V提高到800V，充電功率顯然大大提高，充電時(shí)間也能大幅縮減。
從理論上來說，依靠800V高壓快充，電動(dòng)車有可能變得像燃油車一樣，補(bǔ)能只需幾分鐘，效率高還方便。
從400V提升到800V，沒那么簡單
但要想把電壓從400V升級(jí)到800V，不是說換個(gè)充電樁或者調(diào)整一下電壓這么簡單。
理想汽車總裁沈亞楠在接受媒體采訪時(shí)指出：高電壓平臺(tái)牽扯到很多，比如電控，肯定是高電壓，碳化硅IGBT一定要用上，電機(jī)本身的設(shè)計(jì)也會(huì)有區(qū)別……整個(gè)行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈上的環(huán)節(jié)都要更新。
原先，電動(dòng)車上的零部件都是適配400V高壓系統(tǒng)的。
以“功率器件”為例。我們初中物理學(xué)到過，電池輸出的是直流電，電機(jī)需要輸入的是交流電。想要讓二者無障礙協(xié)作，就需要“功率器件”作為轉(zhuǎn)換器，將直流電轉(zhuǎn)化為交流電。在400V的高壓平臺(tái)下，功率半導(dǎo)體的材料多為硅基IGBT，這種半導(dǎo)體能夠承受的極限電壓是650V，并且不耐高溫，熱損耗高。
但800V電壓系統(tǒng)對(duì)功率半導(dǎo)體要求變得嚴(yán)苛起來。為了滿足800V高壓平臺(tái)的需求，車企需要把原先的硅基IGBT切換成碳化硅材料（也就是SiC）。以碳化硅為材料做出的功率半導(dǎo)體耐高壓，耐高溫，熱損耗低。
這些功率器件大量存在于電動(dòng)車的電機(jī)、電控、小三電（OBC、PDU 以及 DCDC）還有高壓快充的充電樁中。
所以，在400V向800V電壓架構(gòu)邁進(jìn)的道路上，汽車上的大量零部件都需要重新適配替換。這對(duì)于所有車企來說，都是一個(gè)浩大的工程。
除此之外，從400V的電壓提升至800V，對(duì)于電池也是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。過高的充電電壓以及電流都會(huì)導(dǎo)致電池的穩(wěn)定性降低，容易引發(fā)著火、爆炸等問題。因此，需要對(duì)電池的正極、負(fù)極、隔膜、電解液、電源管理系統(tǒng)等方方面面進(jìn)行優(yōu)化。
最重要的是，從400V平臺(tái)架構(gòu)升級(jí)800V平臺(tái)，對(duì)于車企來說，其實(shí)是一筆不小的開支。僅僅替換功率半導(dǎo)體本身就是一大筆錢。車內(nèi)IGBT約占整車成本的7%-10%，是除電池以外成本第二高的元件。
華創(chuàng)證券在其研報(bào)里就算了這樣一筆賬，把硅基功率器件替換成碳化硅材料后，成本比之前高出了2-3倍。
攔路石還有很多
盡管成本高，但高壓快充平臺(tái)能帶來足夠便捷、快速的充電形式，整個(gè)新能源汽車行業(yè)都在加速向800V高壓平臺(tái)躍進(jìn)。
目前，造車新勢力小鵬在2021年就推出了800V高壓快充，首款搭載了800V高壓平臺(tái)的車型——G9，在今年就能夠量產(chǎn)上市了。理想和蔚來布局得相對(duì)較晚，但也在計(jì)劃中。蔚來預(yù)計(jì)2024年會(huì)推出800V電壓平臺(tái)。
傳統(tǒng)車企也不甘示弱，長城、比亞迪、廣汽、長安、東風(fēng)旗下的嵐圖、吉利旗下的極氪也紛紛發(fā)布了自己的800V高壓平臺(tái)。
在這些玩家中，華為的野心最大。2021年4月18日，華為發(fā)布了所謂的高壓平臺(tái)解決方案，并且制定了這樣的目標(biāo)：到2025年將推出電壓平臺(tái)超1000V、功率600kW的快充方案，5分鐘即可實(shí)現(xiàn)30%-80%SOC充電性能。
來源 / 視覺中國
一位長期觀察高壓快充行業(yè)的分析師周鵬對(duì)深途指出：“目前來說，800V高壓系統(tǒng)幾乎沒有技術(shù)挑戰(zhàn)?！?/p>
2019年，高壓快充技術(shù)就已經(jīng)來到了市場，但是為什么直到2022年，搭載800V高壓平臺(tái)的車型才逐漸量產(chǎn)？
“新車搭載著全新的電驅(qū)、電池，電驅(qū)電池是否足夠安全、穩(wěn)定，其實(shí)是需要一個(gè)驗(yàn)證周期。萬一產(chǎn)品不成熟，量產(chǎn)后需要大量召回，對(duì)于車企來說損失挺大的?！敝荠i指出。
除此之外，在周鵬看來，不少車企也在擔(dān)心，搭載著800V高壓平臺(tái)的車型，消費(fèi)者愿不愿意買單。“所以大家都在摸著石頭過河，有些車企膽子比較大，會(huì)選擇率先開始量產(chǎn)。”
而對(duì)于行業(yè)來說，800V高壓平臺(tái)能夠真正普及，還面臨著不少障礙。
比如，碳化硅的供應(yīng)本身就是一個(gè)問題。
而且，碳化硅功率器件大量依靠海外市場。據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2020年碳化硅功率器件市場中，海外公司ST、Cree、ROHM、Infineon、 Onsemi市占率分別為40.5%、14.9%、14.4%、13.3%、7.7%。
在芯片供應(yīng)鏈極端不穩(wěn)定的當(dāng)下，單靠國產(chǎn)的碳化硅功率器件遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足當(dāng)前市場的需求。
除此之外，超級(jí)快充也會(huì)對(duì)電池造成一定的傷害。清華大學(xué)教授歐陽明高就曾對(duì)媒體表示：“超級(jí)快充完全充滿，同時(shí)電池還需要具備安全性和長壽命，這是很難折衷的。”
而且，目前市面上幾乎所有的充電樁，都不能適配800V高壓平臺(tái)。這也就意味著，要實(shí)現(xiàn)800V高壓快充，車企需要重新布局充電樁。比如，小鵬就表示為了配合800V的高壓平臺(tái)，將鋪設(shè)480kW高壓超充樁。
“但不得不承認(rèn)的是，800V高壓快充確實(shí)是一個(gè)趨勢，就我接觸到的每一家車企都要考慮布局這個(gè)平臺(tái)?！敝荠i總結(jié)道：“但從實(shí)驗(yàn)室到真正大規(guī)模普及，確實(shí)還有很多路要走?！?/p>
*題圖來源于pexels。應(yīng)受訪者要求，文中周鵬為化名。