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大电流加高电压 新能源汽车充电还能怎么快?

水滴 秦志聪 | 2023-12-22

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2023年,新能源汽车领域谈论的话题极少涉及续航,话题焦点转向补能相关的技术,800V高压架构、液冷超充、碳化硅等新名词一个个涌现。购车时需要考虑对比的东西又多了一项——

“这车充电效率怎么样?”

作为目前新能源市场的领先者,12月18日,比亚迪在北京举办了“不止于快,全能进化——比亚迪全场景高效充电技术沟通会”。沟通会上,比亚迪方面展示了他们在新能源汽车发展各个阶段所推出的充电解决方案。除了对技术储备进行溯源,缕清楚发展脉络,还包括一整套面向当前充电环境的技术科普。

随着新能源汽车专用平台的开发,同样的空间里,能装载越来越多的电池;单体电池能量密度的提升,同等大小的电池包,从过去的50度电到75度电甚至向100、150度电发展;续航里程从250公里提升至500公里,750公里甚至上千公里。

纯电车满能量的状态下,能跑的路程跟一辆满箱油的燃油车已经相差无几。续航里程焦虑,不再是焦虑续航里程本身,而是开始转向焦虑补能的效率问题。

说白了,之前比得是满油跟满电,谁跑的远,现在比得是没电到满电的速度,能不能尽量追赶没油到满油的速度。

就算一辆新能源车满电能开1000公里,但在1000公里外的服务区,咱饭吃了,厕所也上了,觉睡了一轮,起来一看,还得2小时电才能充满。人家,五分钟解决加油,还开好了发票,剩下的1小时55分钟用来赶路。

乍一看,还以为这是在举行具有当下时代特色的龟兔赛跑。

怎么能让这个“新能源兔子”少休息一会?我们看下物理书是怎么说的。

充电电量=充电功率*充电时间

充电功率=充电电压*充电电流

物理定律告诉我们,要缩短充电时长,有两个解决路径,要么增加充电电压,要么增加充电电流。这就引申出了两种解决方案,车、桩适配高电压,或者车、桩适配大电流。

从整车的角度,适配高电压的方案主要是将整车的电压平台提升到800V左右,从而产生的整车电气架构叫800V高压架构。在国标直流充电接口电流250A的前提下,将电压从400V提升至800V,充电功率相当于翻倍,进而缩短充电时间。

只是除了品牌自建桩外,当前国内95%以上的公共充电桩都属于500V以下的低压桩。车可以800V充电也没用,必须配备相应的升压装置,才能在这些低电压的充电桩上实现800V充电。

公开资料中,第一款采用800V高压架构的车型是2020年的保时捷Tycan。通过在车内单独增加一个电荷泵,这个装置可以将充电桩中的低压直流电源升压转换成一个高电压的直流电源,从而实现800V的高压充电。但由于单独增加的电荷泵会额外增加成本与体积,有相关资料显示,这个零部件的成本接近五六千元。基本上除了售价超过百万级别的保时捷外,没有其他车企跟进。

据比亚迪方面表示,事实上早在2015年的比亚迪唐上,他们就完成了800V的升压充电。笔者搜索的相关专利数据显示,大概在2018年左右,比亚迪确实是有布局相关的升压充电技术专利。大致的技术原理,与后来华为、小鹏实现相关功能的方法类似,都是复用了原本电驱系统的一些部件,组成典型的Boost升压电路,完成升压充电。电驱系统在车辆行驶时负责驱动,在充电时则负责升压。

具体专利的公开号为CN209240894U,感兴趣的可以找来看一下。

与保时捷Tycan相似,比亚迪所应用的800V高压架构还是局部800V高压架构,放电时的电压为400V左右。而完全800V高压架构(800V充电-800V储能-800V放电),目前小鹏所宣传的扶摇架构。背后的原因在于,800V高压带来的充电效率提升是比较直观的,但800V放电并不会直接提升动力性,还需要相对应的提升碳化硅等第三代半导体材料在整车上的应用;应用新的电驱动系统设计,以适应更高电压的输出;改进现有的绝缘材料等……距离大规模落地还有一段路要走。

另外提一个比较有意思的点,有资料称,北汽早些年也有相关的800V高压架构的技术储备,但由于没有升压充电技术,无法兼容低压充电桩,直到与华为合作才解决这一点。

相比于高电压的方案,走大电流方案的车企就比较少。

同样是基于物理,这里我们需要复习一下焦耳定律。电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电的时间成正比。

大电流就代表着更多的产热,而对于电池来说,过高的温度除了容易引起热失控外,还容易产生额外的析理现象,对电池产生危害。

那反过来说,如果能控制电池升温的问题,我们就可以应用更大的电流,进而提升充电效率。

比亚迪的复合直冷技术,解决的就是大电流场景下的升温问题。大致是在电池上下两面都铺上直冷板,将冷却面积翻倍。配合智能分区控制,自动调节温度,哪里热了冷哪里。

可以进行大电流充电后,下一个要解决的问题是,上哪找这么大电流的充电桩。还是那个问题,国家标准的公共充电桩最大电流限制为250A,电机能解决升压的问题,可解决不了把电流增大的问题。似乎除了自建桩,没有别的路可走。

比亚迪的解决思路比较直接,一个充电枪250A,两根充电枪不就500A了。简单来说,这就是腾势N7上所搭载的双枪超充技术的原理。当然,技术背后还有一系列关于安全保障、智能分流和通信协议识别等创新。不过对于我们普通消费者来说,理解到这就可以。

关于充电,还有个情况是低温状态充电效率低的问题。早些年比较原始的土方案是直接给车底盘上的电池烤火,现在比较流行的是通过热管理系统,从外向内给电池包加热,比亚迪这次展示了一个电池脉冲自加热技术。其他企业比如长安,在深蓝上也有类似的应用。甚至其他领域中,比如冶金也会利用这个技术,给钢水加热。

大致上,是利用了电阻加热的基本原理。利用电池在低温状态下的高电阻,通过极速的通电、断电,驱动电池和电驱之间,产生高频脉冲电流,当电流通过电池时,由电阻产生焦耳热,实现电池自己给自己升温。相比于外部加热的方式,这种加热方式效率相对更高,加热速度更快,加热的也更均匀。

总得来看,以比亚迪为代表的汽车企业,正在现有的技术成熟度下,结合基础建设水平与外部环境,从提升电压与电流两个角度出发,尽可能的缩短充电时间、提升充电效率。比如双枪充电技术,混合着一种中国式实用为先的现实感,又带有一点不过如此,只是力大砖飞的幽默。但最终效果是切切实实提升了用户体验的。在最终的新能源时代到来之前,我们还需要更多类似的替代性方案,提升当下体验,以转化更多的燃油车用户,加速推进中国引领的世界范围内的油电切换大节奏。

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