面对新能源市场的持续升温,客户对电动汽车续航里程要求更高,汽车充电速率要求也更高。以“新标欧洲循环标准”(NEDC)为基准,国内主流电动汽车的续航里程达到了600公里左右,与普通燃油车一箱油的续航里程相当。下一步提升充电速率将是解决新能源电动汽车的「里程焦虑」关键痛点。

 

通常来讲充电速率取决于充电功率,充电功率=充电电压充电电流。充电电流大意味着线路损耗增大,电流超过 350A 后充电枪线路需要增加水冷散热,进一步加大充电线路的操作难度,充电效率降低。而提升充电电压可以在保持充电电流不变的情况下,提升电动汽车的充电速率,降低充电损耗。为了实现以上需求,越来越多的主机厂推出800V甚至更高的高压电气系统。

 

车辆实现高压快充的电气架构方案

 

●800V动力电池和800V高压系统

 

目前主流电动汽车乘用市场动力电池系统充电等级为400V,充电桩和车辆高压组件受电流物理限制,提升充电功率的直接方式提高电池的电压。如图1。将动力电池和高压组件提升至800V系统。

 

( △图片1 )

 

●800V动力电池和400V高压系统

考虑成本等因素,利用现有400V电压等级下的零部件平台和充电基础设施,可以考虑在车辆充电接口和动力电池与高压组件之间增加DCDC装置。如图2。

 

( △图片2 )

 

●400V动力电池和400V高压系统

通过电池的串并联分配,设计可配置的动力电池系统,串联时提供800V充电电压,并联时提供400V电压驱动。该方案对电池管理系统设计要求复杂程度高,并且需要额外的控制电路。

 

( △图片3 )

 

在充电模式下,不同电压等级的充装桩通过充电枪连接高压系统中对应的充电口。接800V直流充电桩(以下称“高压桩”)时,通过充电枪直接与电池内的电池管理系统(BMS)相连,实现800V充电,最大瞬时充电功率超过300kW。充电桩输出为400V 直流时,充电枪连接到DC模块接口;该模块通过Boost电路,将400V直流升压到 800V 直流后,给电池充电。

 

以保时捷为例,保时捷Taycan较早的采用了800V高压系统,为了同时兼容400V充电桩,Taycan除了标配800V直流充电系统,还增加了400V到800V的Boost(升压)充电模块。作为一项可选配置,该方案既挤占了车身空间,又增加了高压系统的开发成本和硬件成本。

 

800V快充技术电气系统设计影响

 

●电动汽车标准

 

目前我国电动汽车的充电标准还在采用2015年的《电动汽车传导充电系统国家标准》,主流快充模式主要基于400V 电压平台。如果要实现800V或以上充电电压,并实现大功率充电,需要对电动汽车相关法规标准进行修订和完善。

 

●动力电池设计

更高的电池包,通过串并联更多的单体电芯实现。对电池高速率充电,对电池寿命和热管理均有一定的影响。为了是实现大电流充电时的冷却需求,需要扩大车载热管理系统功率或者完善冷却系统设计保证充电时安全性。

 

●电气安全设计

更高的电池电压将对电气元件电气隔离水平有更高的要求,在高压安全系统设计时需要考虑电气间隙和爬电距离等要求。

 

●充电电缆连接设计

为了实现快充,充电功率超过200kW通常需要液冷式充电电缆,但目前还没有关于如何将液冷电缆纳入电气规范的既定协议。另外,液冷式充电电缆连接过于笨重,将给客户使用带来麻烦。针对此问题,实现快充的充电连接的其他选择可能是使用机器人或无线充电。

 

●充电设施

要实现以上高压充电技术,还需要匹配配套的充电基础设施。在2021年实现“充电5分钟,行驶207公里”这一纯电动车充电速度最快世界纪录的广汽埃安就是使用其专用的A480超充桩,而早在2019年就推出 800V直流充电桩充电的保时捷Taycan,也需要在其专用充电桩上才能完成“充电4分钟,续航100公里,15分钟充电80%”。

 

然而,能够满足超级快充条件的充电桩却少得可怜。即使是在此赛道布局最早的特斯拉,截至2021年8月末在全国范围内建设的超级快充充电站也才不过920座,超级快充桩数量仅为7100多个,还远远不能满足需求。

 

总结:

 

2021年,随着新能源市场需求不断提升,800V高压充电对于解决新能源车主「里程焦虑」有重要意义,主机厂需要在技术方案可行性以及商业影响之间取得平衡,实现高压充电技术的广泛推广。