让车企「着魔」的800V高压快充,彻底治愈不了续

2023-07-05|来源:远大期货

怎么完结续航焦虑,一直是困扰电动车遍及的头号难题,以至于影响咱们购买电动车决议计划的10个魂灵拷问傍边,有7个都是与充电和电池相关,比方电池衰减、充电便当、补能速度等。 

尽管没有任何一家车企的产品能100%处理这些问题,但至少需求现已满意清晰,究竟说到底人类社会的开展史,实质便是由需求供给的源动力,需求带动了技能的前进和迭代。

所以,咱们看到了各大车企八仙过海似的给出了自己的技能途径,有些从资料范畴想方设法添加锂电池的能量密度,有些大规模建造自家品牌超级充电桩,还有一些则挑选用换电体系来缓解补能问题,但更多的仍是挑选经过进步电压或电流的方法来进步充电功率。

电池能量密度的打破实质上是一个化学问题,它并非车企的强项,即使是电池范畴的高端玩家宁德年代,其产品的技能迭代也并非一蹴即至,现在干流的纯电旗舰车型,在CLTC工况下续航遍及能够到达 600-700公里,高能量密度的凝聚态电池也尚处于还未量产的阶段。

而建造充电桩和换电站,不只需求在规划期间做好与产品之间的匹配,关于长时刻的规模化投入也是一场极大的检测,因而进步充电功率成为了一种最为普世的技能途径。

800V超充为何得宠?

初中的物理知识告知咱们,电流在单位时刻内做的功叫做电功率,要想缩短充电时刻,就必须进步快充功率。依据物理公式 P=UI,进步充电功率的方法无非有两种——要么进步电流I,要么进步电压U,实践状况是选用这两个计划的厂商都有。

现在干流充电枪的*电流约束 500A,所能到达的充电功率大约为 200kW,现在车企遍及运用 400V 电压体系,250A 电流,到达 100kW 的充电功率,按单车带电量 50kWh 核算,电池由 30%SOC(State of Charge,电池荷电状况)充电至 80%SOC 需求 30 分钟,而 800V 高压能够到达 300-500kW 的充电功率,仅需 6-10 分钟就能敏捷补能。

大电流计划其实关于轿车全体架构、热办理以及电池BMS的要求都提出了更高的要求,比方依据另一个物理公式:P=I^2*R来看,充电进程中的发热问题只和电路中的大电流相关,和电压无关,当电阻必定的时分,会发生很高的热丢失。

因而,更多的品牌开端挑选高电压计划,从原理上来看高电压招引主机厂的一大魅力在于,能够确保必定充电功率的前提下,进步电压能使电流下降,热损耗削减,然后进步充电功率,到达节约充电时刻的终究意图。

别的,800V 的电机比 400V 的要轻,叠加一些线缆和部件削减,能够减轻车身分量。依据 Future eDrive Technologies 的测算,800V 渠道下 100kwh 的电池有望减重达 25kg。

图片来历:德邦证券

依据揭露音讯计算,现在全球已推出或确认推出 800V 体系的轿车品牌多达 20 多家。从渠道架构来看,包含比亚迪 e 渠道 3.0、通用奥特能渠道、吉祥 SEA 众多渠道,奔驰 EVA、现代 E-GMP、小鹏扶摇架构等都能够支撑 800V 高压。

已发布/行将发布搭载800V的车型(部分)

最早搭载 800V 高压充电体系的车型是保时捷 2019 年推出的纯电动 Taycan,依照官方数据,其能够将充电功率进步至 350kW,在 22.5 分钟内电量从 5% 充到 80%,这对其时动辄需求 1 小时的充电时长来说能够说是质的腾跃。 

反观国内商场,吉祥 2020 年发布纯电 SEA 众多架构时,其技能储备中就支撑 800V。次年,比亚迪推出了支撑 800V 的 e 渠道 3.0,但出于本钱和商场节奏的考虑,吉祥和比亚迪其时都没有推出搭载 800V 渠道的量产车型。

2022 年,极狐阿尔法 S 的 HI 版首发支撑 800V 快充,但惋惜的是,其充电功率只要187kW,且该车在商场销量体现平平,并没有掀起多大浪花。

再往后,小鹏 G9 的推出让业界对 800V快充有了进一步知道,官方还曾喊出了“充电 5 分钟,续航 200km”的标语,近期刚刚上市的小鹏G6车型相同也将800V作为一项中心卖点。

假如说此前车企对 800V 的探究仅是停留在技能层面,那么本年以来,车企正在进一步让800V技能掩盖到更多量产车傍边,它也成为了“技能军备竞赛”的重要一环。

本年以来,小鹏轿车宣告搭载扶摇架构的车型将标配全域 800V 高压 SiC 碳化硅渠道,包含动力电池、电驱、电源、压缩机等一切高压部件整车全域 800V。别的,本年发力纯电战略的抱负轿车在上海车展期间也推出 800V 超充纯电处理计划。

“整车挑选高压架构是完结超级快充的必经之路,800V 左右的高压在当时可支撑完结 2C 快充。”华为数字能源技能有限公司智能电动范畴副总裁彭鹏曾说道。

毫无疑问,比较于其他进步充电功率的处理计划,800V 高压快充的优势十分显着,作为现在干流车企们处理补能难题的中心途径,800V 高压快充已成为职业的默契一致。

规模化前的两座大山

已然800V超充技能途径现已成为大多数车企的一起挑选,那为何开展至今仍然并没有大规模运用,究其中心原因在于,背面还存在着「晋级本钱」和「电网配套」两座大山要翻越。 

从完好的充电链路来看,要完结 800V 高压充电,它需求充电桩、车辆接口、电源办理体系、电池的合作才干完结,它并不是单纯进步电压就能一了百了的晋级,比较于此前的400V充电架构,每个环节的零部件都需求进化,要从产品界说乃至造车渠道阶段开端规划。 

规划之初,首要需求将整车电压水平定在 800V,电池包内部电芯也要以 800V 为规范规划串并联拓扑,最终确认电芯容量。其次是电机、空调、充电机、DCDC(直流变换器) 支撑 800V 以及相关线束,高压连接器等一切高压回路上的其他零件依照 800V 要求规划、开发、验证。

之所以让800V这两年备受车企重视,还有一个资料学范畴的神助攻,得益于第三代半导体资料的打破,碳化硅器材得以代替传统硅基半导体器材,加快了800V 的规模化运用。

与 Si MOSFET 比较,相同标准的 SiC MOSFET 尺度可大幅减小至本来的 1/10。此外与 Si IGBT 模块比较,SiC MOSFET 模块能完结低功耗下的高频开关,有助于减小滤波器、变压器和散热器的尺度,变相进步 800V 架构下新能源轿车的续航才干。

ST 数据显现,在 400V 电压渠道下,SiC 能够比硅基 IGBT 器材具有 2%~4%的功率进步,而在 750V 电压渠道下其功率进步起伏则可增大至 3.5%~8%,能够看出,轿车渠道高压等级越高,SiC 的优势将越显着。

尽管 SiC- MOSFET与 Si-IGBT 比较耐压程度更高,且开关损耗低、功率高,但相对应地,其价格也高。据科锐(Cree)猜测,从整车本钱看,只要当 SiC 器材本钱下降至 Si-IGBT 本钱的 2 倍时,运用 SiC 器材的整车本钱不高于搭载 Si-IGBT 的整车本钱。

近年来尽管有国内厂商在布局 SiC 产品,但仍难以满意车规级商场的需求,难以完结 SiC 器材自主供给,极度依靠进口。短期来看,SiC 器材本钱难有改进。

这还只是一个小部件带来的本钱进步,在桩端,布局高压充电相同需求许多的本钱投入。大比特工业研究室的数据显现,一个 30kW 的充电模块所需的磁性元件(充电桩的中心元器材之一)价值量在 600 元左右,一般 60kW 的直流充电桩磁性元件价值量在 1200 元左右,而 800V 渠道下 480kW 快充桩的磁性元件价值量将高达 9600 元左右。有计算数据显现,一个 360kW 超充的本钱预算约为 23 万到 26 万之间。

“整个职业对 800V 有一个还没认真思考的问题:800V 的电池需求更小的电芯,电池本钱会更高。这个本钱问题怎么去处理,现在业界没有一家公司能够给出答案。”李斌曾说道。

本钱问题之外,800V 在规模化运用上还面对电网容量问题。在实践运用中,当时各家车企宣传的峰值功率并不代表用户运用场景下的实在功率,充电功率与当地的充电环境、电力运用状况挂钩,实践状况并没有车企们所宣传的那么抱负。 

理论上而言,800V架构下的充电功率高达480kW,是现在干流直流快充桩的4-6倍,但事实是,我国现在许多区域的配电网,都没有装备这么大功率的变压器。其次,新能源车主们充电的不确认性和随机性,也会无形之中加大电网优化操控的难度。

蔚来总裁秦力洪也对此表明过相似的忧虑,“实在的充电速度不但取决于车,还要取决于电,假如只要 800V 的车,没有 800V 的电,不能说把池子做洪流就装得快,问题是水没有那么多,现在许多当地电力容量有限,改造难度很大,假如几辆电动车一起充电,电流分配更难以支撑。” 

依据国家电网北京经济技能研究院的一份陈述显现,电动轿车的充电行为与居民日常用电负荷曲线的拟合度高达85%。有说法指出,假如在现有的配电体系基础设备下将现有充电桩晋级为 800V 超充站,会集运用或许导致的夸大的状况是电用设备被焚毁;这好比是,大学宿舍里一起运用十几个电吹风这类高功率电器导致停电。

由此,在迎来电网容量扩容之前,业界提出了一种处理计划——即装备储能以缓解配电网的压力;这相当于原本是由一个大坝会集供给电力,现在添加了蓄水池,添加电力出口通道。 

可是,储能站的本钱一般在几百万到数千万美元之间,结合现有的 800V 车型体量来看,经过布局储能站处理 800V 充电的电力问题,并不是一笔合算的生意。

为了满意日后的800V充电站规模化遍及,电网只能进行大范围的晋级和优化,但基础设备的建造并非一蹴即至,整个进程无疑是绵长的,它也注定了800V超充的规模化运用或许并不会在短时刻内迎来井喷式开展。 

一场缓慢的技能过渡

遍及800V超充桩的愿景当然夸姣,可是至少在现阶段,咱们还没有任何理由扔掉掉400V的充电网络,那么由此会衍生出一个咱们都十分关怀的问题,当具有800V超充技能的新能源车遇到现有的400V充电桩,是否也会带来必定的加成?

不久前,小鹏轿车官方曾做过一个关于小鹏G6和特斯拉Model Y的充电速度比照测验,选用的并非是小鹏轿车自建的充电桩,而是第三方180kw的充电桩,会愈加契合用户的实在运用场景,实践数据显现即使对错800V的充电桩,小鹏G6的充电功率也要高于特斯拉Model Y。 

在现在这个年代,咱们购买具有800V技能架构的电动车,就有点当年4G网络到5G网络之间的晋级,假如不是本钱和价格的原因,几乎没有理由回绝一台搭载800V技能架构的产品。

前面说到,只要在车、桩两头一起具有 800V 条件,并在电网容量能够满意的前提下,才干实在到达 800V 快充。但出于本钱等要素的考量,在搭载 800V 的车、桩实在上量之前,车企也不得不挑选性价比更高的过渡计划。

我国电力企业联合会副秘书长、能源职业电动轿车充电设备规范化技能委员会秘书长刘永东表明,“得益于 800V 大功率充电的兼容性很好,不改变现有车桩产品,关于现有的充电桩可选用适配器计划,完结平稳过渡晋级。”

刘永东所指的过渡计划,其实也是现在车企面对前沿技能推动与部件晋级缓慢之间的对立衍生出的处理计划,即部分800V 渠道架构的高性价比计划。 

因为当时 800V 功率开关器材本钱是 400V 级 IGBT 的数倍,为了整车本钱和驱动功率的平衡,主机厂有动力在要害必要的驱动体系上,运用 800V 部件(如电机) ,保存一部分 400V 零件。

车内供电上,经过 DC/DC 转换器将 800V 的电压转换成 400V 为车内电器供电,可是这个变压的进程会丢失一部分电量,因而 800V 能使功率进步多少姑且仍是未知数。 

以保时捷 Taycan 为例,受限于 800V 配套器材开发,一起存在 800V、400V、48V 与 12V 四个电气架构,其在规划上就选用了 DC/DC 降压计划,以此满意车内其他低压体系的需求。现代 Ioniq 5 相同车内装置 DCDC 模块以满意车内 12V 架构的需求。

别的,关于桩车电压等级的不匹配的问题,部分厂商则是采纳升压的方法,让 400V 的桩充 800V 的车。像均胜电子等零部件厂商就推出了高压渠道充电升压模块 (800V Booster),经过车端的升压器将 400V 充电桩输出的电压升压至 800V 后再对电池进行充电。

为了兼容现有的 400V 充电桩,奥迪的 PPE 渠道则是选用“组合充电”计划,在接入 400V 充电设备进行充电前,电池中相应的高压开关会主动切换,将 800V 电池分红两个额定电压为 400V 的电池,然后能够在一个 400V 充电桩进行并联充电,不再需求额定的高压升压器。

DIGITIMES Research 分析师 Jessie Lin 指出,因为 800V 架构在未来几年或许存在技能瓶颈和高本钱等应战,因而在 2030 年之前或许不会成为群众商场的干流产品。浸透率将从一个相对较低的基数增加,高等级电动轿车是*批支撑 800V 的轿车。

从车端来看,Jessie Lin 表明,支撑 800V 的电动轿车比例估计将从 2022 年的 2% 增加到 2025 年的 12%,其他主要是 400V 的电动轿车车型。

相似的观念,一位从事充电服务的业界高管也曾向钛媒体 App 说到,“未来 800V 超级快充便是 VIP 式充电,经过设置价格阶梯进行分层,服务乐意多花钱的高端车主,或者是有这种临时性应急弥补需求的用户。”

该高管还说到,未来的充电的逻辑会是超级快充、一般快充、意图地慢充以及换电,是一个归纳网络结构。也便是说至少现阶段,400V 充电桩不会彻底被 800V 超充替代。 

新技能诞生往往会面对技能应战,而大规模运用也绝非一日之功,用户认知的改变相同需求进程,800V超充架构这条技能途径已然清晰,工业链上下游的分工协作显得尤为要害。

关于我国的轿车工业而言,新能源本便是一个弯道超车的*赛道,自主品牌们对800V技能架构更积极地测验,也将作为重要的技能储备,在新能源年代建立起自己实在的护城河。

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