充電效率終於趕上加油,技術解析小鵬S4超充,或將埋葬燃油車?

充電效率終於趕上加油,技術解析小鵬S4超充,或將埋葬燃油車?

無論燃油車還是電動車,都存在一個補能的問題。但一聊起電動車的補能,相信大多數人首先浮現在腦海中就會是充電樁的模樣。從行為習慣上,充電樁的補能模式,是最接近燃油車插油槍的動作場景。而且充電樁也是目前應用最廣泛的,新能源車的補能途徑。但是珠玉在前,燃油車加油5分鐘,續航數百公里的錨定效應,深深的烙印在每個駕駛員的心中。而電動車伴隨動力電池容量的逐漸增加,雖然單次續航里程絲毫不遜燃油車了,但就算排除需要一晚上的慢充,動輒需要半個小時左右的快充(充至80%),顯然也與燃油車的補能效率相去甚遠。那麼進一步提升快充的效率,是解決電動車補能的良方嗎?藉着小鵬S4超快充發布的契機,我們也來聊一聊其中涉及哪些技術升級,以及應用前景。

充電樁:實現超充的水龍頭表現如何?

首先,小鵬S4超快充是一個怎樣的效率水平呢?據官方披露的數據,該充電樁,單樁最大功率為480kW,單樁最大電流670A,峯值充電功率達到400kW。理論上可以實現充電5分鐘,續航200km的補能效率。而以目前運用比較成熟的特斯拉V3超級充電樁來對比,其峯值充電功率能夠達到250kW,部分特斯拉Model 3車型可以實現充電15分鐘,續航250km的水平。

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在超充路徑上,小鵬與特斯拉代表了兩種不同的方向。作為較早在超充上發力的車企,特斯拉採用的是高電流方案,即提升電流實現更高的充電功率。其V3超級充電樁的峯值電流就已經能夠達到600A以上,這已經與當下普遍正在開發或已經發布的800V電壓平台超充的峯值電流在一個水平上。而接下來即將發佈的特斯拉V4充電樁,預計其電流恐怕還要更高。

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但前面提到的800V電壓平台,相信大家近年來也聽得比較多了。這一電壓平台的標準,也確立了當下較為主流的超級充電樁建設,是圍繞更高電壓來打造的,比如小鵬的S4超充。僅在消費者使用充電樁的這個場景來看,理論上更大電流充電的過程中,也更容易產生熱量,使用更粗的線束,以及峯值電流工況限制更多等情況。而高電壓則在功率損耗、線束使用等場景上更具優勢。當然,這只是理論上,實際上特斯拉的超級充電樁在冷卻問題上口碑一直不錯。而小鵬S4超充從目前的情況來看,也使用了液冷充電槍,以控制充電場景下的安全性和重量體驗。

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但是800V電壓平台這個點,特斯拉似乎也並沒有拒絕。就目前的信息來看,特斯拉對於旗下車型是否跟進800V電壓持有的也是開放態度,比如尺寸較大的皮卡甚至卡車身上,是可以採用的。但是已經基於400V電氣系統打造的轎車以及SUV產品,或許就不會跟進了。而除了特斯拉之外,目前大多數中國品牌,以及保時捷、現代、路特斯等等海外車企,也都在發力800V電壓平台。為什麼這裏鋪墊這麼多800V的事情,因為超充的發展與之息息相關。這裏先挖個坑,再分享幾個小鵬S4超充與消費者息息相關的技術點。

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首先不出意外的是,“充電5分鐘,續航200km”説的確實是理想狀態。根據小鵬目前的規劃,一個S4超充站會有4個S4超充樁(未來會提供數十個),而一個站點目前的總功率大概就是480kW。也就是説,如果四台車型同時進行充電的話,是需要共享這一總功率的。不過如同特斯拉超充一樣,其峯值充電功率並不會一直持續。所以同時四台車都在最高功率充電的情況,屬於小概率事件。更多情況下,不同車型的充電效率曲線,正好可以實現功率的互補,實現最優解。另一點是小鵬公佈了有關儲能充電樁的發展規劃,針對充電樁對於電網的瞬時壓力,儲能充電樁或許能夠給予電動車的補能場景,提供更為穩定、高效,以及能源最大化利用的效果。

“水龍頭”開大開小,還得車子能匹配才行

接下來我們就填800V電壓平台的坑。其實也很容易理解,超級快充就是車與充電樁的聯繫。就像人喝水一樣,水龍頭可以打很大了,但人喝得下去嗎?800V電壓平台就是技術保障。在目前主流還是400V電壓平台的基礎上,升級為800V電壓,即使電流不變,其充電功率都能帶來質的提升。既然如此,要怎樣在升級800V電壓平台呢?

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比較主流的路徑有兩條,其基礎都是要將車載部件都升級為800V電壓水平和規格,比如電機、電控、線束、逆變器等等。但在執行兼容400V電壓的過程中,一種路徑是通過電驅系統升壓來兼容,另一種則是通過新增DC/DC轉換器來實現。前者通過升壓,可以讓400V的充電樁為800V車型服務。後者則是通過轉換器實現降壓兼容400V。兩者的共同點都是整車能耗低,安全風險小,易於推廣,所以也成為了目前升級800V電壓平台的主流方案。但是相對而言,後者的成本投入更高。所以保時捷的800V平台採用的就是後者,即轉換器路徑。而比亞迪採用的是前者的升壓器路徑。

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但無論是哪種路徑,其在全套800V電壓平台下的硬件升級投資都是必須的。以電動車廣泛使用的硅基IGBT為例,由於本身承載壓力有限,導致車輛電壓很難超過700V水平。值得一提的是,保時捷Taycan作為率先嚐試800V電壓平台的量產車之一,最開始沿用的還是IGBT模塊。但是一來保時捷的溢價水平足夠支撐定製化的元器件設備,另外包括保時捷在內,大家都把目標瞄準了SiC(碳化硅),也就是小鵬這次帶來的800V高壓SiC平台。

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而SiC器件除了能夠更好的適配800V電壓平台,其本身還具有封裝尺寸更小、損耗更低、效率更高、冷卻壓力小等特點。值得一提的是,SiC並非800V的專屬定製,早在2018年,特斯拉就嘗試將Model 3中的IGBT模塊換成SiC模塊。在功率等級不變的情況下,換裝SiC模塊之後,開關損耗降低了75%,換算系統效率提升了約5%,這還是在400V電壓平台下實現的成績。但SiC的高成本也是無法迴避的問題,特斯拉當年也是依靠龐大的邊際效應,以及豪賭對應在電池端省下的成本,來攤薄整體成本。不過隨着對更快充電速度的追求,SiC的應用已經箭在弦上。

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通過以上這些介紹,可以看到超充、800V電壓平台、SiC的應用,三者之間屬於相輔相成的關係。雖然特斯拉的例子證明SiC並不只能屬於800V,而保時捷的例子證明800V也不一定需要SiC。但是這三者結合在一起的時候,才是互相成就,又或者説產品實現最終的完全體。還是以保時捷Taycan為例,作為比較早吃800V螃蟹的產品,最初在空調壓縮機方面,無法匹配800V電壓的需求,只能沿用400V水平。而原本用於兼容400V平台的DC/DC轉換器,則一度成為給空調的“定製”產品。直到保時捷的超充落地,Taycan才實現了產品上的“滿血”價值。

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不過保時捷畢竟對於大多數人而言都還是太過遙遠的事物,而這波隨着小鵬S4超充+小鵬G9即將打出的這套組合拳,800V電壓平台或許將引領下一波電動車的發展方向,並在消費者極為介意的電動車補能方面,帶來質的飛躍。等這一切落地,或許電動車對於燃油車最明顯的一塊短板,就將徹底被補上了。

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