【taycan电压】电动车自燃，锅不要扔在电池里

产品|老虎嗅觉汽车集团

作家|王笑语

编辑|周密

头图|潇湘晨报

刘师傅是北京电动出租车司机。他的车冬天一天要充电三次，夏天要充电两次。为此，他的行李箱上常备了折叠桌和椅子，以便每次充电时都能在远离充电桩的地方停留一会儿。“看新闻，我们的车经常出事故，据说都是充电时炸的。我害怕，请让开一点。”刘师傅说。

这并不是刘师傅的担心。据国家应急管理部消防救援局称，2022年第一季度，国内接收的新能源汽车火灾共有640起，同比上升了32%。平均来说，中国每天发生7起以上的新能源汽车火灾。

与燃油车在行驶中经常着火不同，纯电动车与充电相关的自然发火情况较为常见。我们在新闻上也总能看到充电站里火花四射的电动车。究其本质，目前大部分充电桩都在提高电流，实现大功率充电。但是电流越大，电缆热值也越大。这对工作温度非常敏感的电池来说是一个非常危险的因素。

一个有趣的现象是，人们不关心什么原因引起的车辆自燃，只怪汽车企业的电池技术不成熟和不安全。事实上，解决自燃问题并不是只有改善动力电池才能万事大吉。高压平台与大功率高速充电技术的同步发展，可以尽快解决电动汽车自燃的“老问题”。

一个误区是：做电动车做好电池就可以了。

对消费者来说，续航当然越多越好。因此，车企启动续航里程“内圈”，新推出的电动车续航参数越来越高。进入工信部名册的新车中，2019年有6个续航里程超过600公里，2021年有58个。老虎嗅觉发布前夕，2022年前四名名单中已有37种新车续航里程超过600公里。

续航里程变长了，消费者发现充电太慢了。以2020年畅销的部分纯电动车型为例，直流充电的理论平均充电率约为1C(即1小时可以填充100%SOC)，完成30%-80%SOC需要30分钟，NEDC续航里程约为227公里。如果发生低温、电力不足、分流等情况，充电时间可能需要2小时。

这就是为什么高速充电站每次站起来都会发生“排队”或“打架”的原因。这不是因为电动车续航不足，而是充电太慢，每辆车占用充电枪的时间太长，“翻车率低”。

因此，一些汽车企业开始考虑增加充电功率以实现快速充电。根据中学物理学的功率、电压、电流关系公式P=U I，其他条件保持不变，只要充电的电压或电流中有一个升高，就可以提高充电效率。

第一个流派是“高电流”快速充电。

特斯拉是“代表选手”。其中特斯拉V3超充电桩在400V电压条件下可以达到250千瓦的最高充电功率，15分钟可以补充型号3约250公里的续航功率。但是充电电流的增加意味着更多的热值、更粗更重的线束等，这对车辆和充电桩都是一个挑战。

对于发散的热，根据焦耳定律Q=I R T，当电时间与电阻不变时，热与电流的二次幂成正比。因此，大电流的快速充电在充电过程中必然会产生巨大的热量。这不仅考验车辆的热量管理系统，对充电桩的运营商和制造商来说也是一个不小的难题。因此，目前只有横向和纵向两个方向高度集成的特斯拉才能通过这条路。(威廉莎士比亚，特斯拉，垂直，垂直，垂直，垂直，垂直，垂直。

另外，线束也是个大问题。对于电动车，承受大电流必须依靠高压线束。但是高压线束的横截面很大，线束刚度很强，可能难以弯曲。这不仅难以在车里放置，还可能在碰撞后刺穿驾驶舱，增加安全风险。

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更要命的是，大功率充电桩的充电枪和线缆通常又重又粗，对力气比较小的女车主非常不友好。值得关注的是，特斯拉V3超充桩峰值工作电流超过600A，但它采用了采用液冷散热设计，减轻了充电线的横截面积和重量。

然而，并不是每家号称能实现“快充”的车企，都能像特斯拉一样做好热管理，自燃的隐患也就因此埋下。要知道，当充电桩输出锂电池难以承受的大电流时，在电池内部过快流动的锂离子会在负极表面形成像树枝一样的枝晶。这些枝晶像针尖一样又细又硬，一旦生长到一定长度，就会戳破隔膜诱发内短路，从而发热引发自燃。

枝晶穿透现象

第二种流派，是相对来说更安全的高压快充。

以保时捷为例，该公司将电压平台从400V提高至800V后，实现300kW充电功率，可以在22.5分钟内把Taycan Turbo S容量93.4kWh的动力电池从5%充至80%，提供300公里的续航能力。同时，保时捷高压线束的截面积仅为400V架构下的二分之一，线束减重4kg。

根据焦耳定律可知，热量只跟电流、通电时间、电阻有关。而当电压翻倍之后，理论上电流即便是减半，仍可以达到同样的功率。这也就意味着，快充时所产生的热量大大减小，从而不会对娇贵的

动力电池带来过热、不稳定等安全隐患。

在保证安全的基础上，高压快充的效率提升空间也会更大一些。作为对比，400V平台的充电功率到了200kW时就接近系统设计的极限，而800V高压系统可以将极限突破到400kW。理论上来说，一台电池容量为100kWh的纯电动汽车，从20%充电到80%，仅需9分钟，基本等于传统燃油车加油的时间，完全消除充电时间焦虑。

虽然优点颇多，但目前能把高压平台大规模量产的还只有保时捷Taycan一款车。最接近大规模量产的，可能就是搭配华为高压三电平台、支持800V高压快充的极狐阿尔法S 华为Hi版，在今年5月刚宣布上市。此外，现代Ioniq5也支持800V高压平台，或于今年引入国内投产。还有，今年8月即将发布的小鹏G9，基于800V高压平台，可以实现充电5分钟、续航200公里。

与激光雷达、固态电池等前沿技术类似，高压平台也面临着“雷声大雨点小”的尴尬处境。大家就连被“卡脖子”的原因也几近相同——材料。

要知道，从400V平台切换为800V平台架构，需要对电气系统零部件重新验证，尤其是功率器件的要求更高。目前市面上几乎所有的车型上，车规级的功率半导体都是硅基IGBT。但如果要推800V以上高压平台，那就必须切换为碳化硅材料，原因有以下几个。

第一，碳化硅的耐高压能力更强。

在450V直流母线电压下，IGBT模块承受的最大电压为650V左右。在800V以上直流母线电压下，功率器件耐压需要提高到1200V以上。虽然英飞凌、富士等厂家都推出了1200V耐压的车规级IGBT，但因为成本较高并未实现规模化应用。相比之下，碳化硅器件天然就耐压高。目前，碳化硅MOSFET目前量产产品的耐压可达3300V。

第二，碳化硅的能量损耗更低。

碳化硅在导通损耗、开关损耗表现方面优于 IGBT。在400V母线电压下，应用1200V碳化硅模块的整车损耗较750V的IGBT降低6.9%；若电压升至800V，整车损耗将进一步降低7.6%。最终，碳化硅上车以后的效果不仅是充电快，而且能耗也会相应降低，反过来提升续航里程。

第三，是抗高温。

在高电压快充方案下，尽管在相同充电功率情况下电流增加幅度较大电流方案要小，但大功率快充需要电压、电流同增。这导致系统发热量增加，对功率器件抗高温能力也提出了更高要求。碳化硅理论上能够在远超175℃高温的正常工作，降低了对热管理系统的要求，提升了可靠性和安全性。

相比传统的硅基材料，碳化硅材料的高压性能极为突出，但初期成本较高。

因为大三电（电池、电机、电控）、小三电（OBC、PDU、DCDC）等部件都要能在800V甚至 1000V的电压下正常工作。所以，别看只是电压的提升，整个产业链也要随之调整。

从400V平台升至800V平台，其中部件成本是原来的2-3倍，系统总成本增加10%-20%。但考虑到当下动力电池的原材料价格上涨迅猛，堆电池容量的方法难以维系。那么在这种情况下，同样是增加成本，把钱花在高压平台上的收益显然是更大的。

碳化硅虽好，但产业链的话语权仍不在我们手里。

目前，全球碳化硅产业格局呈现了美国、欧洲、日本三足鼎立的态势。美国仍然独大，占据全球碳化硅产量的70%-80%，代表公司是科锐；欧洲拥有完整的碳化硅衬底、外延、器件以及应用产业链，代表公司是英飞凌、意法半导体等；日本则在设备和模块开发方面处于领先，以罗姆半导体、三菱电机、富士电机为代表。

这些巨头们，都在不断通过扩大产能、合作结盟或兼收并购等方式在碳化硅市场跑马圈地、加速布局。相比之下，中国的碳化硅产业稍显贫弱，在技术领先度、市场份额占比等方面都较为落后。

即便是材料的难关攻克了，高压快充仍需要面临基建的现实问题。

因为，目前市面上几乎所有的充电桩，都不能适配800V高压平台。这也就意味着，你买了一台800V架构的电动车，但实际充电速度达不到宣传预期。

保时捷Taycan的各个电压系统部分

以保时捷为例，Taycan上额外搭载一台直流车载充电机，首先将400V充电桩输出的充电电压升压至800V后，再对电池进行充电。类似的方式，还比亚迪在e平台 3.0上，引入了首创的“利用电机电控的电路拓扑泵升充电桩电压”的思路。通过这种方式，来实现充电5分钟，最大续航150公里。

当然，这种利用车载部件支持800V，即电驱升压兼容400V直流桩的方案，在当下公共充电资源紧张的阶段，未尝不是一种解决续航里程焦虑的好办法。但未来，想要真正发挥800V平台的全部实力，自建超级高压充电桩就是必然的选择。

但是，车企绝对不能寄希望于国家电网去帮你建桩。因为以现阶段的目标来看，国家的目标是普及充电网络，而不是向上探索。连最基本的覆盖率和车桩比数据都没达标，谈何充电速度呢？所以，高压快充这事，只有车企自己来干——自主研发高压平台，自主建高压充电桩，才是唯一的出路。

以后，如果你要买纯电动车，一定要多考虑这个问题——“该品牌是否有自建充电网络？”

参考资料：《800V高压系统的驱动力和系统架构分析——架构选择和产品挑战是什么？》联合电子

《架构渐近，引领电动产业链革新》华创证券

《看好电动汽车 800V 高压系统受益产业链》国金证券

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