面對(duì)新能源市場(chǎng)的持續(xù)升溫，客戶對(duì)電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程要求更高，汽車充電速率要求也更高。以“新標(biāo)歐洲循環(huán)標(biāo)準(zhǔn)”（NEDC）為基準(zhǔn)，國內(nèi)主流電動(dòng)汽車的續(xù)航里程達(dá)到了600公里左右，與普通燃油車一箱油的續(xù)航里程相當(dāng)。下一步提升充電速率將是解決新能源電動(dòng)汽車的「里程焦慮」關(guān)鍵痛點(diǎn)。

通常來講充電速率取決于充電功率，充電功率=充電電壓充電電流。充電電流大意味著線路損耗增大，電流超過 350A 后充電槍線路需要增加水冷散熱，進(jìn)一步加大充電線路的操作難度，充電效率降低。而提升充電電壓可以在保持充電電流不變的情況下，提升電動(dòng)汽車的充電速率，降低充電損耗。為了實(shí)現(xiàn)以上需求，越來越多的主機(jī)廠推出800V甚至更高的高壓電氣系統(tǒng)。

車輛實(shí)現(xiàn)高壓快充的電氣架構(gòu)方案

●800V動(dòng)力電池和800V高壓系統(tǒng)

目前主流電動(dòng)汽車乘用市場(chǎng)動(dòng)力電池系統(tǒng)充電等級(jí)為400V,充電樁和車輛高壓組件受電流物理限制，提升充電功率的直接方式提高電池的電壓。如圖1。將動(dòng)力電池和高壓組件提升至800V系統(tǒng)。

（ △圖片1 ）

●800V動(dòng)力電池和400V高壓系統(tǒng)

考慮成本等因素，利用現(xiàn)有400V電壓等級(jí)下的零部件平臺(tái)和充電基礎(chǔ)設(shè)施，可以考慮在車輛充電接口和動(dòng)力電池與高壓組件之間增加DCDC裝置。如圖2。

（ △圖片2 ）

●400V動(dòng)力電池和400V高壓系統(tǒng)

通過電池的串并聯(lián)分配，設(shè)計(jì)可配置的動(dòng)力電池系統(tǒng)，串聯(lián)時(shí)提供800V充電電壓，并聯(lián)時(shí)提供400V電壓驅(qū)動(dòng)。該方案對(duì)電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求復(fù)雜程度高，并且需要額外的控制電路。

（ △圖片3 ）

在充電模式下，不同電壓等級(jí)的充裝樁通過充電槍連接高壓系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)的充電口。接800V直流充電樁（以下稱“高壓樁”）時(shí)，通過充電槍直接與電池內(nèi)的電池管理系統(tǒng)（BMS）相連，實(shí)現(xiàn)800V充電，最大瞬時(shí)充電功率超過300kW。充電樁輸出為400V 直流時(shí)，充電槍連接到DC模塊接口；該模塊通過Boost電路，將400V直流升壓到 800V 直流后，給電池充電。

以保時(shí)捷為例，保時(shí)捷Taycan較早的采用了800V高壓系統(tǒng)，為了同時(shí)兼容400V充電樁，Taycan除了標(biāo)配800V直流充電系統(tǒng)，還增加了400V到800V的Boost（升壓）充電模塊。作為一項(xiàng)可選配置，該方案既擠占了車身空間，又增加了高壓系統(tǒng)的開發(fā)成本和硬件成本。

800V快充技術(shù)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)影響

●電動(dòng)汽車標(biāo)準(zhǔn)

目前我國電動(dòng)汽車的充電標(biāo)準(zhǔn)還在采用2015年的《電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)國家標(biāo)準(zhǔn)》，主流快充模式主要基于400V 電壓平臺(tái)。如果要實(shí)現(xiàn)800V或以上充電電壓，并實(shí)現(xiàn)大功率充電，需要對(duì)電動(dòng)汽車相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂和完善。

●動(dòng)力電池設(shè)計(jì)

更高的電池包，通過串并聯(lián)更多的單體電芯實(shí)現(xiàn)。對(duì)電池高速率充電，對(duì)電池壽命和熱管理均有一定的影響。為了是實(shí)現(xiàn)大電流充電時(shí)的冷卻需求，需要擴(kuò)大車載熱管理系統(tǒng)功率或者完善冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)保證充電時(shí)安全性。

●電氣安全設(shè)計(jì)

更高的電池電壓將對(duì)電氣元件電氣隔離水平有更高的要求，在高壓安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮電氣間隙和爬電距離等要求。

●充電電纜連接設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)快充，充電功率超過200kW通常需要液冷式充電電纜，但目前還沒有關(guān)于如何將液冷電纜納入電氣規(guī)范的既定協(xié)議。另外，液冷式充電電纜連接過于笨重，將給客戶使用帶來麻煩。針對(duì)此問題，實(shí)現(xiàn)快充的充電連接的其他選擇可能是使用機(jī)器人或無線充電。

●充電設(shè)施

要實(shí)現(xiàn)以上高壓充電技術(shù)，還需要匹配配套的充電基礎(chǔ)設(shè)施。在2021年實(shí)現(xiàn)“充電5分鐘，行駛207公里”這一純電動(dòng)車充電速度最快世界紀(jì)錄的廣汽埃安就是使用其專用的A480超充樁，而早在2019年就推出 800V直流充電樁充電的保時(shí)捷Taycan，也需要在其專用充電樁上才能完成“充電4分鐘，續(xù)航100公里，15分鐘充電80％”。

然而，能夠滿足超級(jí)快充條件的充電樁卻少得可憐。即使是在此賽道布局最早的特斯拉，截至2021年8月末在全國范圍內(nèi)建設(shè)的超級(jí)快充充電站也才不過920座，超級(jí)快充樁數(shù)量僅為7100多個(gè)，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求。

總結(jié)：2021年，隨著新能源市場(chǎng)需求不斷提升，800V高壓充電對(duì)于解決新能源車主「里程焦慮」有重要意義，主機(jī)廠需要在技術(shù)方案可行性以及商業(yè)影響之間取得平衡，實(shí)現(xiàn)高壓充電技術(shù)的廣泛推廣。

作者微信號(hào)：Annie413190475

豪華車企的高級(jí)工程師，從發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試轉(zhuǎn)入電池測(cè)試。

目前專注于電池測(cè)試技術(shù)研究，

希望與大家一起“電動(dòng)化，向未來”！

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