超級快充呼之欲出 汽車產(chǎn)業(yè)鏈“觸電”800V

有心者不難發(fā)現(xiàn)，“800V”這個關鍵詞最近一段時間在汽車行業(yè)頻頻出現(xiàn)。對整車及上下游產(chǎn)業(yè)鏈而言，這意味著什么？

“現(xiàn)階段，只要配備足夠的充電設施，如快充站、換電站等，電動汽車的續(xù)駛里程完全能夠滿足用戶需求。”一些業(yè)內(nèi)人士向《中國汽車報》記者表示，“相較于投入大量成本研發(fā)新材料和新技術，盲目提高電池續(xù)航能力，完善充電基礎設施才是解決電動汽車用戶‘里程焦慮’的最佳選擇。”

前不久，中國科學院院士歐陽明高在電動汽車百人會組織的研討會上指出，解決充電的后顧之憂，需要更大功率的快充技術，超級快充是大勢所趨，行業(yè)需要推進電動汽車采用≥800V的更高電壓平臺。

據(jù)了解，受限于硅基IGBT功率耐壓能力，高壓充電需要考慮溫升、絕緣配合、EMC/EMI（電磁兼容性）和電弧等更多復雜問題，而目前主流快充模式主要基于400V電壓平臺。不過，行業(yè)對大功率充電的探索從未止步，800V高壓平臺的普及已被提上議事日程。

企業(yè)加快推出800V平臺

隨著用戶需求升級，市場倒逼技術進步，電動汽車400V電壓平臺未來恐怕將不能滿足人們對快充的需求。2019年，保時捷率先在全球推出800V高壓電氣架構，旗下首款純電動跑車Taycan采用800V直流快充系統(tǒng)并支持350kW大功率快充。自此，多家車企紛紛啟動對800V高壓平臺的研發(fā)與布局。通用、現(xiàn)代、戴姆勒、Lucid等陸續(xù)發(fā)布800V架構規(guī)劃，將超級快充作為差異化體驗，以提升消費者對電動汽車未來發(fā)展的信心。

2021上海車展上，不少車企就適時推出了800V甚至更高電壓平臺的產(chǎn)品。進口品牌方面，起亞EV6全系車型支持400V和800V充電，電量從30％充至80％僅需14分鐘；現(xiàn)代IONIQ 5最新800V高電壓平臺支持高達350kW的超大功率充電。自主品牌方面，吉利浩瀚架構下首款車型極氪001，采用800V高壓系統(tǒng)，配裝4.35V高壓Ni55體系的三元電池，支持最高360kW超級快充；東風旗下嵐圖汽車宣布研發(fā)基于超高壓平臺的超級快充技術。由此可見，以更高電壓平臺實現(xiàn)超級快充已成為新能源汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢之一。

從充電的物理特性來看：功率=電流×電壓，提高電動汽車的充電效率有兩種思路，提高電壓和增加電流，也因此產(chǎn)生了兩種比較有代表性的快充技術——高電壓直流快充和大電流直流快充，但哪種路線更適用于超級快充，行業(yè)展開了激烈討論和實際研究。

據(jù)悉，由于大電流直流充電具有比較明顯的缺點，僅可在10％～30％SOC（電池荷電狀態(tài)，即剩余電量）條件下實現(xiàn)最大功率充電；在30％～90％SOC條件下充電，功率會大幅下降。同時，由于線纜粗細限制了大電流模式的上限，使其不能滿足更高充電倍率的需求。以低壓大電流模式充電的代表特斯拉為例，其Model 3長續(xù)航版在250kW峰值充電功率的支持下，可以1.5C充電倍率充30％～80％的電量。若線纜粗細不變，電流不變，要實現(xiàn)4C充電倍率，電壓需要擴充至現(xiàn)在的2.7倍，即超過1200V，同樣演變?yōu)楦邏耗Ｊ健４送猓蛪簬淼碾娏鬟^大、電阻散熱問題，必然會相應地增加整車成本，降低產(chǎn)品競爭力。因此，市場上目前僅有特斯拉選擇大電流直流快充的方式，更多車企希望基于高壓電氣架構，實現(xiàn)大功率充電。

華為數(shù)字能源產(chǎn)品線智能電動領域副總裁彭鵬在近期舉辦的一個行業(yè)論壇上指出，整車選擇高壓架構是實現(xiàn)超級快充的必經(jīng)之路，800V左右的高壓在當前可支撐實現(xiàn)2C快充。對于一輛搭載100kWh電的電動汽車而言，在當前400V電壓平臺、250A電流下，需要30分鐘才能充電30％～80％，而如果電壓提升到800V左右，15分鐘就可實現(xiàn)，達到4C的效率，基本上滿足現(xiàn)階段消費者的快充需求。未來，隨著電流提升到500A，800V高壓車型可輕松實現(xiàn)7.5分鐘充電30％～80％，真正達到像加油一樣的充電體驗。

據(jù)介紹，800V高壓平臺除了充電快，還有以下主要優(yōu)勢。對汽車來說，一方面，永磁同步電機在工作時會產(chǎn)生大量的熱，當溫度超過180℃時，電機會出現(xiàn)退磁現(xiàn)象，影響工作效率甚至造成產(chǎn)品損壞；提高平臺電壓，相同功率下電流減小，電阻不變的情況下，電機產(chǎn)生的熱量相應減小，從而可以降低退磁風險。另一方面，平臺電壓升高，高壓線束的線徑變小，可以減小體積，提高電池容量和功率。此外，電氣平臺提升到800V，電控系統(tǒng)經(jīng)重新設計，熱損耗有望降低60％。

特來電首席科學家、技術研究院副院長穆曉鵬也表示：“就當前主流車型充電需求來看，若想實現(xiàn)2C倍率，就要求充電功率達到120～150kW。但按照目前國標規(guī)定，電動汽車單槍電流不能大于250A，因此提升平臺電壓勢在必行。未來，隨著“ChaoJi”充電標準的落地和發(fā)展，配合液冷系統(tǒng)等，電流甚至可以提升到400～600A的水平。在這種模塊配置下，人們可以期待電動汽車充電像燃油車加油一樣便捷?！?/SPAN>

平臺電壓從400V提升至800V，屬于硬件改造，不是OTA可以實現(xiàn)的。這就意味著接下來會有更多企業(yè)推出800V或更高電壓的架構，催生新的市場機會。

上游動力電池企業(yè)爭相布局

要實現(xiàn)超級快充之路，必須進行整車平臺的高壓化改造，電池電壓以及相應配套系統(tǒng)和零部件的性能提升是企業(yè)不得不考慮的重要問題。出于對高壓系統(tǒng)能耗、復雜度、可靠性等因素的考慮，整車的高壓器件最好與電池保持一致。換言之，800V架構應指充電端和整車端共同走向800V。

隨著市場對快充的更高追求，電池快充技術作為解決充電便捷性的關鍵突破口，也是車企和動力電池企業(yè)角逐的主戰(zhàn)場。2021上海車展期間，不少電池企業(yè)推出了適應于高壓快充平臺的全新產(chǎn)品。

其中，蜂巢能源首次對外發(fā)布了全新快充技術和對應電芯，第二代4C快充電芯容量165Ah，能量密度大于260Wh/kg，僅需10分鐘就可實現(xiàn)SOC20％～80％，能循環(huán)快充1500多次，預計2023年二季度實現(xiàn)量產(chǎn)。蜂巢能源董事長兼首席執(zhí)行官楊紅新表示：“圍繞新能源汽車發(fā)展，打造配套生態(tài)很重要，要想實現(xiàn)快充平臺的普及，電池匹配、快充網(wǎng)絡等產(chǎn)業(yè)上下游的跟進都是必要的?！?/SPAN>

領湃新能源技術團隊通過特殊設計的離子快穿通道設計，實現(xiàn)動力電池4C充電，15分鐘充電5％～85％SOC；未來規(guī)劃動力電池6C充電、充電時間少于10分鐘。寧德方面也早早布局快充技術，推出了自主研發(fā)的快充型電芯，充電速度提升一倍，可實現(xiàn)15分鐘充電80％。目前，其超快充技術已涵蓋超電子網(wǎng)、快離子環(huán)、各向同性石墨、超導電解液、高孔隙隔膜、多梯度極片等。

除動力電池企業(yè)外，部分車企在快充電池布局方面也不甘落后。比如，廣汽推出石墨烯超級技術，規(guī)劃推出6C-500km、3C-500km兩個版本的快充電池，今年9月將首次配裝在廣汽埃安AION V上；保時捷亦披露正在研發(fā)硅負極取代傳統(tǒng)石墨負極的高性能電池，以獲得更高能量密度和快充性能。

SiC依賴進口問題尚難解決

除了快充電池的研發(fā)創(chuàng)新，產(chǎn)業(yè)鏈上下游其他配套零部件供應商也紛紛行動起來，華為就是最典型的代表。4月18日，華為推出了業(yè)內(nèi)首個AI閃充動力域全棧高壓解決方案。據(jù)了解，華為當前高壓解決方案是基于800V高壓左右開發(fā)的全新平臺架構，包含了高壓車載充電系統(tǒng)、高壓異步電驅(qū)動系統(tǒng)、高壓同步電驅(qū)動系統(tǒng)、高壓電池管理系統(tǒng)、直流快充模塊、三電云及高壓熱管理系統(tǒng)，在搭載該技術的極狐阿爾法S（HI版）上，可實現(xiàn)15分鐘充電30％～80％。

采埃孚很早就開始研發(fā)800V功率電子產(chǎn)品，現(xiàn)已推出800V SiC三合一電驅(qū)動系統(tǒng)，并預計在歐洲和中國市場實現(xiàn)量產(chǎn)。該公司相關人士介紹稱：“相較于400V功率電子產(chǎn)品，新款SiC的應用在功能設計、電磁兼容等方面都存在較多難點。另外，還要考慮高壓系統(tǒng)下的絕緣安全和耐久力需求?！?/SPAN>

隨著越來越多零部件企業(yè)展開在800V平臺領域的布局，除電池外，電驅(qū)動、PTC（陶瓷加熱器）、空調(diào)壓縮機、車載充電機等零部件都面臨重新選型匹配的難題。目前，SiC等能夠承受更高電壓的器件及其他部件不斷被開發(fā)，技術也在快速迭代。歐陽明高認為，從全產(chǎn)業(yè)鏈角度分析，主要高壓零部件在2021年底基本都可以實現(xiàn)量產(chǎn)。

據(jù)了解，華為、博格華納、匯川技術等已陸續(xù)發(fā)布800V電驅(qū)動系統(tǒng)，舍弗勒全新推出的電機系列產(chǎn)品實現(xiàn)了電壓等級48～800V、功率等級15～300kW及以上的全覆蓋；海立、奧特佳、科博爾、華工新高理、比亞迪已具備800V電動壓縮機、PTC等的生產(chǎn)能力；巴斯巴、永貴、中航光電、泰科等企業(yè)也具備批量化生產(chǎn)800V線纜及端子的能力。

不過，整個產(chǎn)業(yè)鏈的布局看似已基本完善，但站在供應鏈角度，800V高架平臺架構所需的SiC功率模塊仍大量依賴進口，還是給國內(nèi)企業(yè)帶來不小的考驗。

“零部件企業(yè)下一步的難題主要在于，如何在國內(nèi)建立完備的產(chǎn)業(yè)鏈和研發(fā)體系；同時，在與國際同類產(chǎn)品的可獲得性及產(chǎn)品標準兼容性方面，也面臨潛在的非技術性挑戰(zhàn)。”采埃孚相關人士稱，“但是，我們對800V平臺產(chǎn)品的市場預期還是非常樂觀的。隨著國家標準的導入，800V超高壓快充平臺將會成為主要趨勢，但推廣的快慢將取決于充電基礎設施的建設以及800V功率電子產(chǎn)品的成本下降?！?/SPAN>

電動汽車實現(xiàn)超級快充并非車企或動力電池企業(yè)一方就可以完成，其中不僅涉及動力電池、控制及熱管理技術等，還需要充電設施、電力供應部門等環(huán)節(jié)的助力。因此，它也成為一個需要產(chǎn)業(yè)鏈多環(huán)節(jié)共同配合的系統(tǒng)工程。

在這一背景下，公共場景下的直流快充＋家用交流慢充，多種充電形式并存形成智慧充電網(wǎng)絡的大方向基本已在業(yè)內(nèi)達成共識。充電樁主流企業(yè)在新建和現(xiàn)有充電樁改建中，紛紛開始考慮高壓兼容方案的布局，積極響應高壓快充趨勢。

據(jù)悉，充電模塊是提升充電樁滿足800～1000V高壓車型充電的關鍵。對于現(xiàn)有充電模塊的研發(fā)，穆曉鵬表示：“從2020年底，特來電新增的充電設備電壓平臺已提升到950～1000V，支持800V高壓平臺充電完全沒有問題，也能滿足未來3～5年車輛升級到高壓平臺的需求；如果考慮到2030年前后，隨著技術的進一步發(fā)展，這個數(shù)字可能會提高到1500V?！?/SPAN>

中國電動汽車充電基礎設施促進聯(lián)盟信息部主任仝宗旗也指出：“2018年起，就有不少企業(yè)布局超高壓充電樁業(yè)務，目前從終端來看，技術上不存在太大的問題，關鍵在于如何與車端匹配，做好安全性的保障?！?/SPAN>

直流充電必須考慮到電網(wǎng)的配合，對電網(wǎng)負荷可能造成較大壓力。仝宗旗認為：“按照規(guī)劃，到2025年全國新能源汽車保有量達到2000萬～2500萬輛的時候，假設10％的車輛在同一時段進行快充，對電網(wǎng)的要求會非常之高?！?/SPAN>

在穆曉鵬看來，對此不必過多擔憂：“大量車輛同時進行大功率快充必然對電網(wǎng)造成非常大的壓力，但未來占比最大的私家車會優(yōu)先選擇夜間在住宅和白天在工作場所等駐地站點充電，只有運營車輛和有應急需求的私家車才會選擇大功率快充。所以我們預測，未來80％的充電需求是慢充，僅20％是快充；在駐地站點則可通過有序充電進行統(tǒng)一管理，減少無序充電對電網(wǎng)的沖擊；在快充站也可以增加一定的儲能，減少瞬間大功率充電對電網(wǎng)的影響?！?/SPAN>

據(jù)了解，除特來電，國內(nèi)主流充電企業(yè)，優(yōu)優(yōu)綠能、華為、英飛源、永聯(lián)等陸續(xù)發(fā)布了充電范圍至1000V的充電模塊。今年4月，華為面向新能源汽車領域推出了HUAWEI Hi Charger直流快充模塊，希望解決充電行業(yè)運營成本高、設備生命周期短的痛點。此外，電池企業(yè)也加入快充樁布局，今年3月寧德時代與福建百城新能源合資成立新公司上?？觳沸履茉?，主營充電樁快充服務。

快充未來發(fā)展還要由市場決定

雖然行業(yè)對超級快充時代的到來做了較為充分準備，從動力電池到充電基礎設施幾乎完備，但不少行業(yè)專家仍對此持審慎態(tài)度。仝宗旗表示：“考慮到快充模式的使用場景一般多為運營車輛，私家車緊急補電可能僅占小部分，實際上用戶對快充的需求并不大?？斐湓谖磥砗荛L一段時間可能僅作為充電應用場景的一個小分支，而不是主流趨勢。”

平臺電壓的提高是技術趨勢的進步，充電技術一旦到達更先進的水平，勢必不會再倒退，這是不可逆的進程。但是，電壓的升高并不會無限地繼續(xù)。穆曉鵬稱：“當充電功率足夠大，充電基本與加油一樣方便時，車主對充電功率的焦慮會慢慢消除，電壓平臺發(fā)展也會達到一個相對平衡的狀態(tài)。這個時候為了減少絕緣成本、保障安全性能，就不會再一味抬高電壓?！?/SPAN>

仝宗旗提出：“對于新能源汽車來說，600km的續(xù)駛里程在我國二、三、四線城市，可能一周充一次電就足夠，不需要頻繁充電，對快充的使用頻率也不高。能量密度太高，反而容易導致電池的安全性存在更多挑戰(zhàn)?！?/SPAN>

前瞻技術的出現(xiàn)是車企與零部件供應商對市場發(fā)展的嘗試，也不乏高端車型以此作為賣點博取消費者的關注，但隨著補貼逐漸退坡，車企和零部件供應商需將更多關注投入現(xiàn)有產(chǎn)品性能的提升，比如電池的穩(wěn)定性、安全性等，而不是一味追求越來越高的續(xù)駛里程和應用市場有限的前瞻技術。

當然，企業(yè)需要不斷追求技術進步，以保證產(chǎn)品的演進、升級，但待補貼完全退坡后，新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展將趨于市場主導，屆時技術的未來還是要看消費者是否愿意為其買單。