从量变到质变 高电压平台意味着什么

2021-03-20 00:45:33来源:作者: 网络阅读量:

  [汽车网 电动车技术]  电动车会取代燃油车吗?电动车什么时候能像燃油车一样便利?虽然在动力、噪音、使用成本等方面电动车已经甩开燃油车一个身位,随着续航超过1000km的车型陆续亮相续航焦虑也得到了很大程度的缓解,但充电慢、充电难依旧是电动车无法颠覆燃油车的“阿喀琉斯之踵”。为了解决这一问题,高电压平台技术和与之配套的超级充电桩是目前最被看好的解决方案之一。那么,电压平台升高的量变如何使电动车实现便利性媲美燃油车的质变,距离这一技术的广泛应用又还有多长的路要走呢?


堪称电动车领域的“新基建”


  受限于硅基IGBT功率元器件的耐压能力,之前电动车高压系统普遍采用的是400V电压平台。基于该电压平台的充电桩中,充电功率最大的是特斯拉第三代超级充电桩,达到了250kW,工作电流的峰值接近600A。如果想要进一步提高充电功率、缩短充电时间,就需要将电压平台从400V提升到800V、1000V甚至更高的水平,来实现高压系统的扩容。

  800V电压平台搭配350kW超级充电桩所能实现的充电速度,不仅比目前常见的120kW直流快充桩要快上很多,更逐步接近传统燃油车在加油站加油的使用体验了,尤其对于没有家用充电桩安装条件、充电依赖公共充电设施的用户来说是一大利好。而根据业内人士分析,在我国超级充电桩国标落地后,充电桩的最大充电功率有望达到600kW以上,“充电五分钟、续航200公里”也将从一句玩笑变成现实。到那时,你还会担心电动车的充电问题吗?

  与此同时,在用电功率相同的前提下,电压等级的提高还将减小高压线束上传输的电流,这将缩减高压线束的截面积,达到降低线束重量、节省安装空间的效果。


结果很简单但过程很复杂

  虽然从实现的功能上来说,高电压平台技术看起来并不复杂,只是升高了整车的电压。但对于技术的开发和应用,却是“牵一发而动全身”的大工程。


  目前主流的动力电池包,已经能够支持2C充电倍率(充电倍率是充电快慢的一种量度,充电倍率=充电电流/电池额定容量),通过电解液添加剂、各向同性石墨、石墨烯等材料的使用,可以一定程度上提升电池材料的电导率,改善高电压下三元材料的稳定性。但这些方案并不能从根本上避免副反应的发生,如果想要实现4C甚至6C充电倍率的超快充,还需要在电池材料、高控制精度的BMS(电池管理系统)等方面实现突破。

  在电驱动系统方面,电压的提高会对绝缘能力、耐压等级以及爬电距离提出更高的要求,将对电气部件的设计和成本带来影响,但在工业电机等领域还是有比较丰富的高压应用经验可以借鉴,主要的难点在电机控制器的核心元件――功率半导体器件。目前满足车规级标准的功率半导体器件中,最主流的硅基IGBT耐压等级在600-750V,能在800V平台上使用的高压IGBT产品并不多,还存在着损耗高、效率低的缺点。


  只是由于目前在产能和成本方面仍无法与IGBT相媲美,碳化硅器件的普及还需要时间,业内对2025年碳化硅MOSFET的渗透率预期普遍在20%左右,未来几年内IGBT仍将是电驱动系统最主流的功率半导体器件。

  在空调压缩机、PTC、DCDC、车载充电机等部件方面,面向高电压平台的开发也在进行中。根据业界人士的分析,相关的量产工作均有望于今年年内完成,一旦产业链趋于成熟,可以快速拉低整个制造成本。


  星星充电、普天新能源、特来电等充电服务商,均具备了400kW以上充电桩的技术储备。但目前我国采用的电动汽车充电标准还是2015年颁布的,最大电压和电流分别为950V、250A,最大充电功率被限制在240kW。充电桩新国标的落地,也将进一步推动相关产品的应用。

  总的来说,电动车高电压平台技术所需的配套方案已经基本具备,何时进行高电压平台的量产开发工作、以何种方式应用这一技术的问题,已经摆在了各个车企面前。

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