快超充技术发展(二)——直流或取代交流,OBC被取消
承接《快/超充技术发展(一)》。
为了在快充的基础上进一步推动充电效率,国家/地方政府也早已在积极推行超级快充的相关标准落地,如国家电网在2020年6月19日发布《电动汽车ChaoJi传导充电技术白皮书》,又于2021年9月在世界新能源汽车大会上推出ChaoJi新一代大功率充电技术。
图1 电动汽车ChaoJi传导充电技术白皮书
该技术面向未来大功率充电需求,主要设计参数如下:
1)最大电压: 1000V ,可扩展至1500V;
2)最大电流:带冷却系统 500A,可扩展至600A;不带冷却系统150-200A;
3)最大功率:900kW。
注:如果未来真有车辆可承受900kW的充电功率,那么充电10分钟便可为车辆充得150kWh电量,以《新能源汽车产业规划》中提到的2025百公里耗电量低于12kWh指标来计算,则可实现充电10分钟续航1250km的超级目标(若此时高压是1500V,充电电流达到了600A,同时还要电池够大才行,这对于整车的高压架构又是一种挑战。)。
该标准向前能够兼容中国、日本、美国、欧洲的GB/T、CHAdeMO、CCS1、CCS2 老标准,向后兼容具有可扩展性,也可支持慢充。由于其具有的高兼容性,这对于出口车辆的充电口转换问题将被迎刃而解。专注于转接口的企业需要注意!!!
同时‘白皮书’还制定了产品后续的产业规划,整理如下:
图2 ChaoJi充电技术产业规划图3 ChaoJi充电站
地方上如广东省汽车智能网联发展促进会在2022年10月20日立项,并于2023年3月20日正式发布了T/GAEPA 002-2023《电动汽车超级充电设备与车辆之间的数字通讯协议》,其中便提到关于超充的标准“单枪充电功率不小于350kW、最大输出电压不小于1000V、持续充电电流不小于400A、最大输出电流不超过2000A的超级充电设备。”
图4 T/GAEPA 002-2023部分内容
在上文中我们也有提到,当充电功率提高时,整车可以通过提高充电电压或充电电流的方式进行适应,但充电电流的提高对整车在散热、效率等方面的要求及技术处理难度会增大,因此高压快充便成为了大多数车企的选择。在此背景之下,整车的高压系统架构也有了多条发展路线,按高压电压可将其分为三类:全栈高压架构、多电压架构和全栈低压架构。
全栈高压架构:整车只有800V/12V两种高/低压平台,包括AC、DCDC等在内的所有高压件均使用800V电压,所有低压件均使用12V电压,拓扑简图如下:
图5 全栈高压架构
多电压架构:局部800V高压,即整车搭载800V动力电池,再通过DCDC将800V电压降至400V供车上其他高压件使用(除动力电池外,其他高压件可延用原来400V平台的,整体的工作量较800V的要少许多),拓扑简图如下:
图6 多电压架构
全栈低压架构:此处的‘低压’说的是相对于800V的400V而言,并非指12V这个低压。该架构有双电池与单电池两种模式,其中双电池模式是采用两个400V动力电池,通过与高压配电盒进行组合使用。当需要大功率快充时,通过软件控制方式将两个电池包形成串联800V平台;在汽车运行时,这两个电池组并联成400V平台,拓扑简图如下:
图7 全栈低压架构一
单电池模式则沿用目前400V平台,但在充电口与电池之间通过安装DC/DC来降压,拓扑简图如下:
图8 全栈低压架构二
相较之下,简单整理这四种架构特点,如下表:
表2 不同高压架构对比
所以快充/超充是需要外部充电装置以及整车高压架构支持的前提之下方可实现的。否则使用过大的功率为爱车充电,损害的是车辆动力电池本身。
随着直流快充技术的发展,加之部分社区对交流充电桩安装的限制,同时车企为了降本、统一标准,目前隐隐有一种声音出现——直流充电桩或将逐渐替代交流慢充桩,而随之而来的便是车企对于整车零部件的变革,即去OBC(车载充电机)化(单零件2000-3000元左右)。如蔚来ET7,便已经取消车载OBC,没有了OBC车上自然也不再有交流充电口,仅保留一个直流充电口。
图9 新能源汽车充电架构
取消OBC在整车的轻量化、节约成本等方面起着重要作用,同时这一举动还可缩短整车的开发、测试等周期,想来这对于新能源汽车的发展是有利的。但是是否符合现如今行业背景以及用户的使用习惯则有待商榷了,毕竟我国公共充电桩的交/直流比例在很长一段时间内将会一直维持在6:4左右的局面。但在未来,直流桩的占比应该会逐渐攀升。
图10 我国公共充电桩交/直流桩保有量比例
对于OBC从车端取消并不代表用户无法使用家用交流电为车子充电了,只是OBC在车上时需要符合车载安装要求,若将其功能从车上取消而转入充电桩内部,此时使用消费类电子产品标准即可,在成本、性能等各方面的要求上都会低于车载的要求。
未来在中高端车型上或会有车企先跟上,现如今有此动作的并不多。从充电桩厂家方面看的话,有一些企业已经开始生产直流慢充桩以替代交流慢充桩了。
快/超充技术发展(一)——何为充电10min续航500km?