在800V技术刚刚开始普及的时候,大家都在幻想,随着800V技术的成熟,充电慢、充电站排长龙可能不会再是纯电车主的烦恼,但时至今日,我们的焦虑,好像还在。
为什么?
我们还是从理论讲起,800V高压技术能否从根本上缓解了大家续航补能的焦虑?
解决续航补能焦虑=缩短充电时间=提升充电效率
根据电效率公式 P=UI,所以想要提升充电效率
要么提升电压U,要么提升电流I
围绕这两个方向,也就出现了两种不同的技术路线:
高电流低电压的400V平台和高电压低电流的800V平台
例如某特斯拉超充采用的就是低压大电流的技术路线,目前特斯拉的第三代的充电桩,功率已经达到了250kW,利用超充将车辆电量从3%充至90%,大约需要37分钟。
但由于低压大电流充电方案理论上存在着峰值电流的上限,因此想要更进一步提升充电效率,减少充电时间,我依然觉得采用800V高压充电是更好的方案。
并且由于800V平台的工作电流更小,可以缩小线束体积,从而降低电路内阻R,也可以变相提高充电效率。
因此在功率不变的前提下,800V平台的充电速度会比400V理论上快一倍。
当然,这是理论上的分析。实际上电压提升,电流减半,损耗减半的说法其实是不准确的,因为电机设计会更改,电流是小了,电机的电阻也大了,最终,电机铜损(电机的主要损耗之一)变化不大,电机铁损(电机的主要损耗之一)变的很少,考虑要绝缘,还会略微降低一点儿(0.1%级别)。所以实际肯定是快不了一倍的。
并且,800V平台也对整个生态提出了新的要求。
比如需要搭配专用的升压设备,所以充电网络普及较慢等(西部的推广很慢)。从硬件角度看,平台电压的升高,更意味着主机厂供应链需要对电动车的诸多零部件进行重新开发设计。
目前电动车的高压系统主要包含有:
电池、电机、电控、充电机(OBC)、高低压转换器(DC/DC)、高压控制盒(PDU)、连接器及线束等
如果我们把电比作水——
那么整个用电场景就是水流从充电站→车身电路→电机的过程。
现在为了加快注水速度,我们将水压提升了一倍,虽然速度快了,
但水流对整个通路上设备的冲击也就更大了。
因此就需要整个平台具有更强的绝缘要求和电路保护能力,
整车层面,会面临以下3个技术升级方向:
一、800V专用转换系统
由于现在大多数普及的充电桩都是400V的
所以如果接入400V的电源,要用到800V高压的电,
首先要解决的就是升压问题
目前主流的方案有两个:
1)增加高低压转换器(DC/DC)
等于在整车内部增加1个额外的升压器,但也会带来两个问题
一个是成本高,第二个是升压器如何布置的问题
目前德国的P品牌可以将电压转化为800V、400V、48V和12V,采用的就是这种高低压转换器方案。
2)利用电机绕组和电机控制实现
由于以上两个问题,目前大多数车企都会选择采用基于BOOST升压电路原理的电机绕组和电机控制升压方案,效率更高、体积更小。
奥迪e-tron GT 最低售价:99.98万起 图片 参数配置 询底价 懂车分暂无 懂车实测暂无 车友圈1.8万 车友热议 二手车68.88万起 | 2 辆二、800V专用电机
相比400V平台,升压后的800V大电压会对电机造成更大压力。
也就是在电机轴的两端形成更大的轴电压,导致轴承腐蚀
因此就要求800V电机本身需要更高的绝缘防护等级。
三、电控方面-升级为SiC(碳化硅)功率组件
硅基IGBT与SiC分别是第二代、第三代功率器件的代表
但在800V平台之后,为了追求更高效的充电效率
SiC将逐渐取代传统硅基IGBT成为车规级功率半导体的主流。
当前的硅基IGBT在600V以上,以及更高的电压场合,性能已经逼近极限。而在高压平台中,半导体模块逆变器又是实现直流电交流电变化的重要元件,会直接影响车辆的直流快充性能,所以第三代半导体SiC就成为了硅基IGBT的理想升级品。
从材料角度来看,SiC作为第三代半导体代表,在宽禁带、击穿电场、热导率以及工作温度等4大关键指标上明显优于硅基IGBT。唯一的问题是,目前SiC功率器件的成本约为硅基IGBT的3-5倍。
- SiC的禁带比硅大 3 倍,可转化为高 10 倍的击穿电场。
- SiC的热导率是硅的 3 倍,与铜相似。因此,功率损耗产生的热量可以以较小的温度变化从碳化硅中传导出去。
- SiC器件可以在 200°C 以上的温度下良好运行。
从应用角度来看,SiC相比传统的硅基IGBT更有以下3大优势:
1)转化损耗更低
2)体积更小
3)电阻更低
为什么SiC的转换损耗会更小呢?
从工作状态上来看,SiC和硅基IGBT的作用就是不断在开开关关,从而实现滤波的功能。由于SiC的开关速度和反向回复的特性比硅基IGBT材料更好,因此在800V平台上带来的效应就是整体开关损耗更低。
另外和硅基IGBT相比,由于SiC没有门槛电压,特别适合与小电流的工作状态,而800V平台的特性就是高压低电流,因此在导通时,SiC的损耗会更低。
写在最后
从400V提高到800V,从整车层面来看,需要对整个电动汽车平台子系统进行同步升级,意味着主机厂供应链需要对电动车诸多零部件进行重新开发设计。
而从技术实现的角度来看,想要真正体验到800V快充的便利,还需要包含电池技术,充电桩,电网建设等,整个电动生态的更新迭代。
尽管任重而道远,但800V及800V以上的高电压平台技术基本已经是大势所趋了,今天的800V可能不尽完美,但未来的800V,依然充满想象。