近期关于据长城证券研报,电压平台由350V逐步向450V、750V演进,实现充电倍率1C-2C。随着耐高压、低损耗、高功率密度的SiC功率器件的逐步深入应用,950V左右的电压平台逐步被车企提上日程,并将成为未来3-5年的重要趋势。
有关部门已将1000V纳入乘用车大功率快充充电接口标准中,以适应未来“千伏”高压平台的落地。为适应未来大功率高压快充发展趋势,主流车企及充电运营商已经开始布局大功率快充桩。
新能源汽车动力电池主要通过充电和换电两种方式实现补能。按照不同充电技术分类,充电桩可分为直流桩和交流桩。交流充电桩,俗称“慢充”,一般是小电流、桩体较小、安装灵活,充电速度较慢,由于技术成熟,成本较低,一般集中在居民小区。直流充电桩,俗称“快充”,一般是大电流,桩体较大,可以提供足够功率,短时间内充电量更大,实现快充要求,因此多集中在对充电效率要求较高的场所,比如高速公路服务区、集中型充电站等地。
充电时间由电压和电流共同决定。对于充电桩而言,充电时间=电池容量/充电功率,由于增大电池容量提高电动车的续航能力,这是发展的必然趋势,因而想要缩短充电时间,大功率充电是最佳解决方案之一。又因功率=电压×电流,想要缩短充电时间,可以通过增大电流和提高电压的方法来增大充电功率。
快充可以分为高电压快充和大电流快充,高压快充更受桩企和车企的偏爱。大电流快充对散热性的要求较高,高电压快充则可以提升安全性和能量转换效率,因而高压快充获得了大部分桩企和车企的青睐。
新能源汽车需求的爆发式增长:在各国政策的大力支持下,下游车企加大新能源业务发展力度,推动优质新能源车型投放、续航里程提升、智能驾驶体验优化和配套设施进一步完善,消费需求显著提升。2022年新能源汽车销量为688.7万辆,23年上半年新能源汽车保有量达1620万辆,同比增长近53%。
电动汽车以纯电为主:2023年上半年,新能源汽车销量为374.7万辆,同比增长44.1%,其中纯电新能源汽车实现271.9万辆的销量,占比72.56%;插电式混合动力售出102.5万辆,占比27.36%。
新能源汽车整车消费的关键指标:续航里程、补能时效性、价格波动。电流提高受制于 250A 的国际标准(若车企自建充电桩,则不受此限制),400V电压下充电功率不超 100kW;业界一般认为500A是车规级线kW左右的充电功率会成为很多车辆设计的极限;而800V高压系统可以将极限突破到400kW。
为匹配用户快速充电需求,车企正加快发展大功率高压快充,充电时间向10分钟以内迈进。2021年以来,国内外车企掀起了一轮800V电压平台车型发布潮,广汽埃安、比亚迪e3.0、小鹏G9的800V高压车型充电仅需5min,此外北汽极狐、东风岚图、长安C385、吉利极氪001等高电压平台车型均已经实现上市销售。
高电压路线V高压系统的充电功率及驱动功率可以提升100%;2、同等功率的情况下,800V电压平台可以降低50%的电流,从而显著减少整车线束等零部件重量及成本和提升驱动效率。在充电功率相同的情况下,高压架构电池系统散热更少,热管理难度更低,线束直径更小,成本更低。800V级高电压方案的实现,将会使充电功率突破400kW,预计会实现充电5min,续航200-300km。
自2019年保时捷Taycan搭载800V电压平台,为了兼容当时400V充电桩,额外加装一台直流OBC,将400V充电桩的电升到800V再给电池充电;当时仅有400V空调压缩机,也额外配备了一个转换器。随着搭载800V快充技术的小鹏G6、小鹏G9、阿维塔11上市,国内比亚迪、吉利、长城、零跑等一众车企相继发布800V技术的布局规划,宁德时代麒麟电池4C快充技术的推广应用,800V高压新能源车迎来在中国市场的元年。
高压电气系统正逐渐向着集成化、模块化发展,逐渐衍生出了电动汽车 “ 三大件 ” : 电池系统、动力总成、高压电控。
电池系统、电动力总成系统(包括电驱动、电力电子、充电系统等)采用800V+高压。架构简单,工程实现最难。满足乘用车电动力总成的800V+器件供应极少。
包括400V的高压母线、DC/DC、变频器、空调压缩机、车载充电机、电池系统等。两个电池系统,充电时串联800V,放电时并联400V,但控制策略复杂。
400V的电池系统、高压母线、DC/DC、变频器、800V转400V的高压DC/DC变换器等。开发难度小,但对于电池系统,其充电电流会达到惊人1000A。
与方案三类似,不同之处在于配备800V转400V的高压DC/DC变换器。避免了方案三对电池系统电气的要求,电池系统的最大电流得到限制。
高电压平台车型加速渗透。根据国内主要车企发布的800V及以上高压快充车型规划,2022年逐步量产,预计2023年满足3C以上高端高电压平台车型将密集上市,2025年主流车型将均会支持高压快充,到2026年,800V及以上高电压平台车型销量预计可达580万辆,占国内电动汽车比例达50%。2025年快充类动力电池需求量约为350GWh,占国内动力电池装机量的59%,快充类动力电池加速渗透。
高倍率动力电池对技术提出更高标准。由于车规级动力电池的特殊性,电池的体积较大,散热条件较差,对于如何保证电池的安全性提成更高的要求。另外动力电池对于循环寿命的要求要远远高于消费电。