新能源汽车高压快充来了？
新能源汽车尤其是注重用户体验的B级以上纯电动车型电池搭载量越来越高，充电基础设施不完善，充电速度慢的问题已经成了业内迫切需要解决的问题。解决这一问题，业内主流的技术方案是大功率直流快充。当下车端、桩端都实现了规模化，可利用的直流快充模式一般功率在60~120KW，而要进一步缩短充电时间，未来有两个发展方向，一是大电流直流快充，二是高电压直流快充，通过加大电流或提升电压，进一步提高充电功率，达到250~350KW。
特斯拉是大电流直流快充方案的代表企业，早先由于高压供应链尚不成熟，所以特斯拉选择整车电压平台不变，用大电流直流技术实现快充，其V3超充桩最大输出电流接近520A，最高充电功率250kW。但大电流充电比较大的缺点是仅可在10~30%SOC条件下实现最大功率充电，在30~90%SOC充电时，相比特斯拉V2充电桩（最大输出电流330A，最高功率150kW）优势不大；而且大电流技术不能满足4C充电需求，如果要实现4C充电，仍需采用高压架构；此外大电流充电发热量过大，对散热要求高，所以也会造成成本的增加。
图1：特斯拉2代充电桩充电效率对比
所以目前除了特斯拉采用这一方案，更为主流且被多数车企采用的方案是高电压平台下实现大功率充电。2019年保时捷的Taycan 全球首次推出800V高电压电气架构，搭载800V直流快充系统并支持350kw大功率快充，开启了各大车企对800V高压平台的研究与布局。
800V的电气架构，除了充电快，还有以下优点：1、永磁同步电机在工作时会产生大量的热量，当温度超过180℃出现退磁现象。将电压平台提高，相同功率下电流减小，电阻不变情况下，发热量减小。2、电压平台升高，高压线束的线径变小。3、电气平台提升到800V，电控系统重新设计使用SIC以满足高电压平台的需求，热损耗可降低60%。
采用高电压实现大功率直流快充，从现有的400V平台到800~1000V高压平台，车端与桩端都需要进行产品部件的优化设计与重新适配。在车端，电动汽车的电池包、电驱动、PTC、空调压缩机、车载充电机等需要重新选型。但目前，SiC等能够承受更高电压的器件及其他部件已不断被开发，通过技术快速迭代，预计2021年内就可以实现业内800V高压充电产品的量产目标。
图2：实现高电压大功率充电主要的难点与解决方向
从2021年上海车展上展出的多款新能源车型中，可以看到充电功能的多样化应对已经是电动车的核心卖点之一，配备高功率直流快充功能的车型是主机厂技术实力的体现。之前受限于硅基IGBT功率元器件的耐压能力，电动车高压系统普遍采用的是400V电压平台，而到今年车展，各车企对整车平台电压提升到800V似乎已经开始成为共识。
明确推出800V高电压平台搭载车型的车企有2家，包括吉利浩瀚架构下首款车型极氪001，该车型将于今年下半年上市，采用了800V高压系统（配备4.35V高压Ni55体系的三元电池），支持大功率直流快充，从30%到80%的时间，只需要25分钟；此外还提供极氪专属的360kW极充桩，实现充电5分钟，续航120公里。除了吉利，还有一家是现代推出的IONIQ 5，该车型基于E-GMP专用平台打造，拥有400V/800V宽电压超高速充电功能以及3.6kw大功率车载对外供电功能。
图3：2021年上海车展上展出的亮点新能源车型的快充功能汇总
此外，NE通过研究整理发现，不止局限于车展上展出的车型，不少车厂和零部件厂商都在加速产品布局。由于800V高压快充模式支持更长时间快充，且功率器件已Ready，相对于大电流模式，整车选择高压架构是实现超级快充的必经之路，在未来是更好的选择。无论是外资企业还是自主品牌，未来往高压平台上去做产品布局逐步形成趋势。
图4：主要OEM与零部件厂商的高压快充技术的搭载应用情况
除了车企之外，零部件端巨头企业也纷纷开始布局。高压技术已初步完备，相关部件预计将在2021年开始实现行业量产，如采埃孚表示将于今年在中欧量产800V功率电子，华为、博格华纳、汇川技术等陆续发布800V电驱动系统；保时捷Taycan已经应用了800V PTC；翰昂系统的电动压缩机可覆盖到800V电压。
图5：今年4月车展期间，华为召开发布会，对外宣布了其坚定布局高压快充方向，图为针对高压平台车型及高压大功率充电桩市场的预测
截止到2021年3月，中国电动汽车充电基础设施促进联盟内成员单位总计上报公共类充电桩85.1万台，同比增长57.0%；此外全国充电基础设施累计数量为178.8万台，同比增加41.1%。随着充电桩建设正式被纳入“新基建”七大重点领域，国家一系列补贴政策的出台与更高功率充电标准的落地，充电基础设施建设在加速实施。
这一背景下，公共场景下的直流快充+家用交流慢充，多种充电形式并存形成智慧充电网络的大方向基本已在业内达成共识。而充电桩主流企业在新建和现有充电桩改建中也纷纷开始考虑高压兼容方案的布局，积极响应高压快充趋势。
在充电桩内部，充电模块是提升充电桩满足800~1000V高压车型充电的关键。这一方面，国内充电模块主流企业，优优绿能、华为、英飞源、永联等陆续发布了充电范围宽至1000V的充电模块。今年4月华为面向新能源领域推出了HUAWEI Hi Charger直流快充模块，解决充电行业运营成本高、设备生命周期短的痛点。此外，电池企业也加入快充桩布局，今年3月宁德时代与福建百城新能源合资成立新公司：上海快卜新能源，主营充电桩快充服务。
车端与桩端都已摩拳擦掌，等待它们的是依靠大规模量产应用实现成本的进一步降低。高压快充时代，是不是已经缓慢走来？