【taycan快充口】电动车准备好进入800V结构的时代了吗？

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随着市场上越来越多的电动车上市，最近800V架构技术也越来越被提及。800V意味着什么？如果还能支持其他条件，50千瓦时电池可在7分钟内充电80%。

800V架构的代表车型当然是我们熟知的保时捷Taycan。通过在电池系统中设计完善的热量管理，可以实现800V体系结构。Taycan是最早的基于800V的电动车，大多数电动车一般在400V左右。800V为保时捷提供了一致的性能、更短的充电时间、线束的重量减少和占地面积。

实际上，电动车的系统电压越高，电池产生的热量就越高，因此需要智能的热量管理系统。这部分说明，由于Taycan开创了先例，不久一些电动车就有可能过度过渡到800V架构。

GM表示，即将上市的电动悍马将采用800V系统。Rivian还申请了支持高速充电的电池组相关专利，这是一种支持能够支持400V、800V或900V的各种电压系统的机制。不久前，现代汽车在介绍e-GMP纯电动平台时也表示，今后将采用800V体系结构。因此，计划推出800V系统的OEM正在逐渐增加。

保时捷Taycan目前可以充电270千瓦，特斯拉model 3 LR从V3充电到250千瓦，Rivian的快充计划支持300千瓦。特斯拉的超充是480V技术，其他公司目前直接采用800V架构，希望在10分钟内填满80%。这样，电动车充电时间就可以达到燃油车的水平。

人们快速充电，首先自然会想起特斯拉的超级充电。特斯拉以480V直流快速充电为基础，最大充电功率达到250千瓦。事实上，目前充电器技术最高可以达到350千瓦。因为高压充电技术在电力行业中使用较多，所以比起技术问题，什么时候能推出大功率充电器是关键。ABB为375Ah/920V提供技术支持，CCS为500A。这里要用水冷电缆。到了800V，充电电缆就会变粗，因为电缆本身会发热。最终可以支持175-350千瓦。

这款充电器在特斯拉被称为Supercharger，已经铺在了全世界。同时，各地区的Ionity、Tritium、Electrify America等其他电动车联盟正在共同推进充电基础设施建设。因此，最近超级充电也开始转向收费。800V、350kW的快速充电今后将额外收费。今后也会有很多加油站提供充电服务。代表性的国家是德国，最近德国正在推进加油站内提供充电服务的政策。为了让现有加油站盈利，很有可能提供可收取额外费用的350千瓦快速充电服务。

那么，电动车的充电技术到底是什么呢？从更技术的角度来看，为了快速充电，从最基本的材料选择到电池、电池组、系统等都有涉及，共同构成快速充电系统。任何部分都会出现短板，使用高压充电器也没有效果。

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我们来看下，目前已推出的各种电动车的快充效果如何呢？这里的X轴是电量百分比、Y轴是充电功率。即使是以175kW充电，各车型也会因为电压架构不同，分别会出现不同效果。这里最低的是现代Ioniq，最初是从70kW开始的，可以持续充电至80%。也就是说即便是175kW，也只能接受到75kW。蓝色的奥迪e-tron，从150kW开始，可以持续在这个功率下充至80%。像这样，不同车辆的电压系统充电曲线会有所差异。

我们再来看看特斯拉，Model 3号称可以达到250kW的充电功率。比较下250kW和150kW的充电曲线，采用250kW充电时，我们会发现只有在最初10%的区间内才会上升，然后会直接下降至40%，只有在有限的区间内才可以让250kW的功率发挥作用（上面白色曲线与黑色曲线形成的三角区域）。以整体面积来计算的话，可以预测充电速度会快10%左右。相反，如果在0-40%区间内的充电，充电速度就比150kW版本要快20-30%。充电功率曲线瞬间提高后，如果可以维持更长时间后再下降，快充效率当然会显著提升。但刚才也提到过，快充与整体电池和系统等都有着关系。因为这些部分目前在某种程度上还无法支撑，所以很难进行理想中的长时间、持续的快充。

所以说，250kW功率，与其说是充电器的问题，其实还是电动车的系统本身目前还无法支撑。假设电动车的所有系统逐渐升级，那么这种高功率快充就能够实现理想状态。目前Taycan号称充电功率可达300kW，但300kW真正发挥功效的只有最初的35%左右，之后无论是175kW还是300kW效果基本是相同的。同样，今后Taycan的整体系统如果可以升级，真正的300kW充电也是可以实现的。

很显然，大部分代表性的电动车还达不到理想中的快充效率。电动车的这个特性，我们也可以和手机做比较来理解，一般快速充电是从50%开始的，然后电量一旦超过80%，充电速度就会减慢。一般就是因为快充时电池和充电器都会迅速的发热，为了不超过安全的温度区域，会进行相应的热管理。下图是一般进行快充时电池和充电器的温度变化曲线，也可以粗略的认为电动车大概也遵循着这条曲线。

我们再来看一下Taycan和Model 3的快充曲线对比。我们会发现Taycan（蓝色）可以达到更高的充电功率。

但充电的关键在于整体的充电速度和续航体现出的充电效率，所以你就会看到从整体效率的角度来看，Model 3要远好于Taycan。

而其中的原因就是因为Taycan的这个800V架构还没有达到最优化。Taycan在最初开发的阶段，那时候主流电动车还都是400V架构，或许你也记得当时保时捷也谈到过许多开发800V架构时的挑战，他们一定遇到过许多技术难题。

首先就是市面上还很少可以与800V高压配套的零部件，为了构建完整的800V架构，就需要从电池包、电池到整个系统上都需要得到优化，能够支撑起架构。如果将电压从400V变为800V，整个驱动系统相关的部件都需要升级，而且为了满足产品的上市时间还要实现快速的开发周期。特别是要为电机提供电压的1,200V的逆变器，据说这部分也是经过很久才得到了解决。所以，我们看到Taycan虽然号称是800V架构，但在充电效率等方面却逊于400V的Model 3，正是因为从整个系统的技术层还无法达到800V架构的最优水平。

那么我们为什么需要800V的技术呢？前面也已经说过了，如果想要在10分钟充电80%，就需要大概350kW的充电功率。800V、350kW会让不同电池容量的电池充电80%的充电效率都有所提高，50kWh的电池大约需要7分钟、75kW的电池是10分钟、100kW的电池是14分。为了达到350kW，我们看下图，构成350V的曲线只有在800V、500A时才可以实现。而如果是400V的话只能达到200kW，如果只有200kW的话则就无法实现10分钟充电80%了。因此我们就明白需要800V技术的意义了，就是为了达到350kW的充电功率。目前整体的技术方向也是在朝着这个方向发展。

另外电池包从400V升高到800V时，结构也会发生改变。就是需要改变并联、串联等方式来提高电压。我们来看一下，如果到800V系统的话，首先要改变的就是充电系统。就像前面提到过的那样，我们要首先更换到可以支持350kW的充电器，而且还要采用新的充电单元。另外，有时无法进行800V充电时，还要进行400V的充电，所以需要有相应DC/DC的支持。图片中黄色代表400V系统，红色为800V系统。其中必须要选择所有符合800V的部件。然后你看蓝色代表LV（low voltage），这部分是支持类似信息娱乐系统等低压系统。这部分因为与800V或400V高压系统是不同的，所以中间只需要一个DC/DC。

如果今后电动车主要分为400V与800V系统，那么400V系统可能将主要适用于经济型的小型车，而高端车型或性能车型则很可能率先搭载800V系统。另外这里面很重要一个零部件就是电机逆变器，我们已经能看到正在从Si基向着SiC或GaN基发展。现在的400V系统大部分还在采用Si基的IGBT，如果采用宽禁带材料则会大大降低功率损耗，提高电动车续航等整体的效率（这部分我已经介绍过许多，不多说了，可以出门右转搜索一下）。

另外就是电池包冷却技术的部分，800V系统将对冷却系统带来很大的挑战。800V可能需要针对特定发热的位置进行针对性的热处理，这部分今后也是需要优化的部分。

另外，在800V系统中，电芯的技术如果无法支撑，也是在实际中无法达到800V的最佳性能的。在快充过程中电池发热的问题，在圆柱形电池、软包电池和方形电池中会略有差异。圆柱形电池会在圆形曲线内部收窄的区域发热。

软包电池的正极为铝、负极通常为铜。因为正极的热传导率较低，因此先会从正极发热，然后渐渐整体部分都会发热。

方形电池也类似，会先从正极发热。

800V相比400V系统发热会更严重，如果超过一定温度限制就会出现严重的问题。首先电芯的内部会开始膨胀，甚至会燃烧。如下图，温度超过50度就会破坏SEI层，然后正负极就会发生短路，出现燃烧爆炸等现象。然后温度就会持续上升到100度、200度，甚至400度。因此必须要从最初上升到50度之前就可以感知到，并掐断源头。

所以各家根据电芯的形状等，也采用着不同的冷却方式。一个是圆柱形电芯较多液体包裹电芯冷却的方式，另外像软包等多采用从电池底部冷却的方式。圆柱形电池会在电芯内部产生较多发热现象，所以像特斯拉采用的则是蛇形冷却带的方式接触到每一颗电芯（这部分也说过很多了，出门右转搜索以前文章）。

如果电池冷却系统的效果不理想，自然就会影响到电池的使用寿命。在25度的环境下，电池使用15年后能量会衰减到80%。但如果经常进行快充，假设电池经常处于40度的工作环境下，那么能量会衰减到65%。

上面是说到同一种电芯在不同的工作环境下会产生的不同效果。那么如果将性能不同的电池做一下比较，我们来看一下图片。在常温下可以实现1,700次循环的电池，如果长期在45度的工作环境，寿命将会降低到1,300次循环。我们观察一下另外一种配方的电池，同样在45度的环境下，衰减却没那么严重。因此，我们看到如果要能够支撑800V的架构，电芯技术也需要得到改善。

最近，很多家企业竞相宣称已具备了“百万英里电池”技术。但我们前面已经提到，如果长期进行快充，就会加快电量衰减的速度。所以快充和普通充电之间的某些充电模式今后可能是由电动车企业直接去干预的。随着电池寿命降低，如果快充的次数增多，就会更大地影响电池寿命。那么在车辆报废之前，如果想要维持较长一些的车辆使用寿命，企业可能会通过自能系统去部分限制快充。

当我们逐渐进入自动驾驶和车联网时代，在电池性能已经开始衰减的情况下如果还经常进行快充，电池寿命衰减的就会更快。对于这些部分，厂商在确认快充状态时，如果部分电池的性能已经衰减到一定程度了，就可能在消费者不知情的情况下去一定程度的限制使用快充。

在智能手机领域就发生过类似的案例，就是前几年的苹果电池门事件。2017年下半年，苹果故意降低旧机型的电池性能，诱导消费者去更换新电池。

其实在电动车上，今后也可以通过软件更新来调节充电模式，而且还要保证百万英里的电池寿命。因此，进入到800V架构的快充时代，除了需要配套的系统技术升级外，还会更智能的充电模式的管理系统。

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