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“充電5分鐘,續(xù)航200公里”,壓倒燃油車的稻草?
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李科龍關注汽車條線,歡迎交流!likelong@guancha.cn
“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。
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,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,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想,高壓平臺技術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路線。
特斯拉、極氪、廣汽埃安等廠商押寶大電流。特斯拉相關人士告訴觀察者網(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架構中,電流同樣為500A,車輛充電功率就已達到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,電池包成本也相應降低。
同時,國金證券研報指出,800V電驅(qū)架構下,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計。
縱有千般好,800V高壓平臺技術下放仍較緩慢,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,結構更復雜。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基功率半導體)。
中金證券指出,IGBT關斷時會產(chǎn)生拖尾電流,造成較大的開關損耗,因此限制了其高頻驅(qū)動應用。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,避免了開關損耗和頻率限制問題。同時,SiC MOSFET有利于輕量化設計,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,嚴重時甚至會出現(xiàn)熱失控鏈式反應,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,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)域進行針對性冷卻,確保電池的溫度一致性。
更精細化的熱管理成為車企新的研究重點。小鵬汽車相關人士告訴觀察者網(wǎng),小鵬汽車的的電池系統(tǒng)有完善的軟硬件防護功能,可以在有異常電壓或電流沖擊的情況下及時保護電池,避免電池受損。一方面,電芯按照超充倍率專門設計,通過應用先進的6系三元材料與超充熱設計,在G9上搭載電芯高倍率充電技術;另一方面小鵬汽車制定了相匹配的系統(tǒng)設計、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。
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)絡覆蓋。到2025年,小鵬汽車目標是累計建設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。
(應受訪者要求,周深為化名)
標簽 保時捷- 責任編輯: 李科龍 
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