四問新能源車補能:800V是唯一解嗎
如今智能汽車的大行其道,讓許多人已然忘記了,電動汽車原本是一種比傳統汽車更早出現的交通工具。
1831年,法拉第發明了電動機,三年后的1834年,美國人達文波特發明了世界上第一輛電動汽車,電池采用了玻璃封裝的蓄電池,不可充電,時速為6km/h。
1859年,法國人蓋斯騰普朗特發明了鉛酸蓄電池,蓄電池開始為今后汽車的用電創造了條件。
1881年,法國工程師古斯塔夫特魯夫制造了第一輛鉛酸電池三輪電動車,電動車終于可以充電了。
1896年,Hartford Electric Light 公司提議鋪設充電基礎設施,讓電動汽車可以更換電池,就像燃油車加油一樣方便。
1897年,全新的電動出租車開始走向紐約街頭,電動汽車第一次開始商用。
不過好景不長,隨著內燃機技術的進步,發動機功率越來越大,石油開采和冶煉技術的成熟也讓燃油價格一路下探,而電動汽車受制于續航里程較短且充電時間較長等短板,于20世紀2、30年代開始逐漸進入“冬眠期”。
時隔近一個世紀,新能源汽車強勢崛起,可補能效率也再度成為制約行業發展的“阿喀琉斯之踵”。只不過如今的電動汽車廠家也逐漸摸索出了新的解決路徑——800V高壓充電技術,并且小鵬、理想、極狐、智己、極氪、比亞迪、奔馳等眾多廠家都進入了這一賽道。
什么是800V?
目前,新能源汽車與燃油車之間最大的差距就在補能效率上,無論是燃料電池、換電技術還是插混式、增程式汽車,都是為了解決這一問題而出現的。但對于純電汽車而言,目前最直接的解決方法,就是提升充電速度。
根據中學物理公式P=UI可以得知,充電功率P想要更高,要么提高電壓U,要么加大電流I。但根據焦耳定律Q=I?Rt,電流I提升的同時,熱量Q會以幾何級數增長。許多智能手機廠家推出的各種“超級快充”技術,動輒十來分鐘滿電,很多就使用了低電壓+大電流的充電方式,電池發熱明顯。
而這種技術電動汽車之上,后果將是災難性的,不僅電池的散熱方案會“壓力山大”,且在高溫之下,電機的永磁體甚至可能退磁。因此想提升充電效率,也僅剩下提高電壓這一路徑。
而碳化硅技術的逐漸成熟,也讓電動汽車的各種功率器件耐高壓能力有了保證,充電速度出現了質的提升。
2019年,保時捷推出了采用800V高壓電氣系統的純電車型--Taycan,能在22.5分鐘的時間里,把93.4kWh的電池從5%充到80%。國內各廠家后續推出的800V車型,也能輕松在15分鐘內,將電池充至80%。
當然,800V的優勢還不止于此。
如果800V電壓的電池搭配800V的電機,免去了其中的高低壓轉換,那么損失的能量也會更小,續航里程也因此得到提升。
而電壓的提升也會讓電流減小,原本為了防止大電流而使用的線束材料和殼體也可以減輕,體積和重量都會相應減少,電路內阻的損耗也會降低。
800V是否存在“真偽”之說?
真正接觸過一些800V車型的人,往往會對這一概念有所懷疑。因為仔細看相關車型的充電樁,往往會發現有些廠家的額定電壓不足800V,有些則超過800V。
800V是否存在“真偽”之說?
據雷峰網(公眾號:雷峰網)新智駕了解,目前行業內將電壓范圍在550-930V之間的車型統稱為800V。也有機構認為電壓在600-900V之間的是800V。
比亞迪汽車工程研究院副院長凌和平也表示,800V實際上只是一個制式的概念,就像美國、日本家庭使用110V的電壓,而我國使用220V一樣。
其實早在2015 年,比亞迪的研發團隊就把純電動車的電壓做到了 633 伏,滿電電壓750伏,插電混合動力的電壓最高712 伏,滿電電壓達到 825 伏。
因此按照目前行業內的看法,比亞迪在2015年就已經擁有了800V技術。該技術可實現百公里加速快至4秒級,純電續航里程可達450km、快充功率提升至60kW。
但鑒于目前行業對于800V的理解還未完全統一,國家也并未出臺相應的標準,因此很多車廠只能自建充電樁。凌和平也坦言,當下電車行業面臨的新問題是“有800V的車,但沒有800V的充電樁”。
自建充電樁是推廣800V的最優解嗎?
作為國內最早發展電動汽車的企業之一,比亞迪在自建充電樁方面頗有發言權。
截止2019年,比亞迪已建充電站1255座,充電樁19189樁,覆蓋全球50余個國家和地區,充電電量1040GW·h。很多早年間建的40KW三相交流充電樁,至今還在服役。
也正是因為涉足過充電樁業務,所以比亞迪很清楚其落地之難。
凌和平告訴新智駕,相比于公共充電樁能夠高效且大規模普及,廠家自建充電樁需要自行投入各種資源,還會涉及到電網、環保、住建等多個部門的協調,往往更費時費力。并且很多廠家自建的充電樁位置相對集中,用戶為了充電,往往要驅車十余分鐘乃至更長的時間,折返過程中消耗的續航里程數非常可觀。
但充電樁的多寡,很大程度上左右著電動汽車技術的推廣。
如今的新能源汽車之所以能夠快速發展,正是受益于大量公共充電樁的建成。可充電樁一旦建成,那么即便新的充電技術出現,原有充電樁也無法迅速淘汰。尤其是如今大多數公共充電樁都是500V電壓,與高壓車型充電不兼容,在某種程度上反而制約了800V技術的普及。
不同于其他車廠聚焦于充電樁,比亞迪選擇了從車的角度入手,研發了升壓技術,且目前已發展至第三代,通過油冷電驅升壓的方式,讓公共充電樁也能夠為800V車型高效充電。
為了進一步提升公共充電樁的補能效率,比亞迪還推出了“雙槍超充”。這一技術的底層邏輯并不復雜:一個充電樁的電流為250安,兩個就是500安,車內只要再增加一個250安的充電模塊,以并聯方式接入,一次用兩個充電樁,就能如前文所說的大電流方案,提升充電效率,讓所有的公共充電樁都變成超充。
據雷峰網新智駕了解,該技術可實現15分鐘充電350公里,且比亞迪也已將這一技術免費分享給電動汽車行業。
溫度問題如何解決?
然而,加大電流帶來了發熱量激增的問題,因此熱管理技術也需要升級。
傳統的散熱方案主要借助于防凍液,并且其溫度的可調性比較差,明顯無法適應更高的散熱需求。
針對這一情況,比亞迪的解決方案是復合直冷技術:通過電池上下兩面均鋪直冷板的設計,以及2套冷媒獨立控制系統,進行了補償式流道設計,電池冷卻面積提升100%,換熱能力提升85%以上。
其實電池對于溫度的需求并不單純局限于散熱。
在過去,很多人將極寒地區成為電動汽車的“禁區”,低溫環境下鋰離子活性降低,進而降低充電效率,并且影響電動汽車的整體性能,因此電動汽車的電池不僅需要散熱能力,同樣也需要加熱能力。
比亞迪使用了智能脈沖自加熱技術,能夠在-30℃極寒條件下,讓電池滿充時間比傳統方案降低30%。這套技術不僅在充電時能自加熱,在駐車和行車狀態下,都能智能啟動自加熱技術,保障極低溫整車性能。
結語
綜上所述,比亞迪在800V技術的普及與推廣中,針對現有的硬件設施條件,推出了包括升壓、雙槍超充和更為科學的熱管理技術,提供了新能源汽車補能的中國方案。從車而非從充電樁切入的技術思路,相信也能為整個新能源汽車行業提供一定的參考。
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