同济汽车学院魏学哲：800V快充如何打消“里程焦虑”？

（文/张家栋 编辑/周远方）

中国电动汽车今天正在起势，但一路走来的20多年中，“里程焦虑”、“充电焦虑”等问题始终没有完全解决。

除了加强充电基础设施建设之外，要解决问题，还有几个技术方向，一是提升电池容量，二是加快充电速度。

均胜电子800V高压平台快充技术 图源：均胜电子

2019年，得益于均胜电子等供应商的技术成熟，保时捷发布Taycan车型，正式拉开800V高压快充平台走向应用的序幕。

随后的几年中，得益于相关供应链的发展和成熟，比亚迪、埃安、小鹏、吉利等国产自主品牌迅速跟进。

同济大学汽车学院教授魏学哲认为，对于行业而言，800V既是电动汽车发展的未来，但在普及方面，还面临着一些阻碍有待克服。

以下是他近日在均胜电子新能源技术分享会上的发言实录：

同济大学汽车学院教授 魏学哲

在中国电动汽车发展的20多年来，消费者一直处于“里程焦虑”、“充电焦虑”、“安全焦虑”等问题当中。

其中，“里程焦虑”和“充电焦虑”实际是电动汽车发展中后期碰到的两个核心难题，相信有电动汽车驾驶经验的人也会经常碰到。从技术的角度来解决，如今普遍是用快充和慢充的形式。

慢充指的是充电功率在7kW-11kW级别的慢速补能形式。而快充则一般指几十千瓦到几百千万不等的快速补能形式。

在中国新能源汽车发展初期，中国补能体系的策略是以慢充为主、快充为辅进行基础设施建设。但如今，随着电动车销量的大幅增加，快充终端的数量出现不足。其次，国内的补能基础设施还面临着充电标准不统一等问题。

目前，针对这些问题，不同企业有着不同的解决方案。例如，特斯拉是较早采用大量电池堆砌来提升续航里程的代表车企；而蔚来则是采用换电模式来为用户提供较好的使用体验，但换电模式的基础设施建设方面并不容易；此外，还有理想汽车这样以增程式动力来绕开电池本身的储能限制，采用燃油基础设施补能的路线。

但如果面向未来的整个汽车交通体系，在零碳社会下，电动车行业需要采取的补能策略则将面临一个新的问题。以燃油车为例，目前加油站的油品分类很少，在全国甚至是全球范围内，都有着相对统一的几项标准，但电动车当下的补能体系繁杂，长远来看还需要进行统一。

新能源汽车800V高压充电升压器

当下，经过行业的反复研讨，我们认为慢充和快充的均衡发展，来替代过去慢充为主的补能体系建设，是行业的共识。同时，我们也需要按照用户的习惯向燃油车靠拢，根据现在的充电时长计算，就需要4C倍率进行充电（指电池在15分钟内充满）。

从技术上来看，未来电池的容量在增大，充电的时间却要缩短，就只能通过提高充电的功率来解决。

作为最早进行电池扩容的车企，特斯拉很早便开始布局充电站，并进行充电技术研发。众所周知，特斯拉的超级充电站，是在全球范围内铺开的充电基础设施。这个充电站的充电功率大约在250kW，但它的电压只有400V。

如果希望在此基础之上进一步将充电时间缩短，就需要继续提升充电的功率。根据“功率=电压*电流”来计算，问题就在于提升电压或电流。在物理学常识中，电流越小，电能损耗越小，那么解决上述问题的办法就是“升压降流”。所以在国内，目前主流的技术都在向800V的技术路线靠拢。

但在提高电压的高收益下，这项技术也面临着诸多的挑战，我将之总结为三个方面。

第一点，在电力电子技术方面。比如电压提升带来的耐压问题、绝缘问题、碳化硅高频斩波问题等。

第二点，在电池方面。快充会给电池安全和电池寿命带来很大挑战。

第三点，在充电管理方面。过往的慢充形式中，充电器、充电桩和电池之间是一个弱耦合的关系，充电温度比较低，对于管理系统的要求不算复杂。但快充形式下，电池状态的急速改变，此时充电管理就需要更高动态的调整与管理。

展开来讲，保时捷之所以能够更早推出800V技术路线，技术的变化是关键。近年来，以碳化硅为代表的新一代半导体技术正快速成熟。碳化硅技术对于电动汽车行业就像一个“神助攻”，与此前常用的硅基IGBT相比，前者的导通损耗和开关损耗都大幅降低。

但前置条件满足后，其他方面的挑战就显现出来。首当其冲的就是电池，过去厂家们为了追求续航里程，一个重要方向是提升电池能量密度。但是，高压快充的需求则是提高电池的功率密度，然而能量密度和功率密度互相矛盾。

这就意味着，具备快充功能的电动车电池，必须要兼顾高比能和快充能力。这令电池厂商在材料选择、电池的单体设计等方面均面临着挑战。

电池管理系统

由于目前电池负极的主材仍是石墨，在大电流下，石墨会带来析锂问题，想要在这一前提下，做好快充又不损耗电池，就需要对电池管理系统提出更高要求。

第一，电池管理系统对各种物理量的检测，以及不能够检测量的估计问题。

第二，高温和低温的管理问题，举个例子，低温的时候电池更容易析锂，那么低温快充就必须要先进行加热，但另一方面，快充自身又会带来大量热量产生，又需要高温散热。

第三，快充的管理问题，这涉及到电池的安全与寿命，既要防止电池过充、过放、过热，又要预防自燃。析锂等问题。特别是面向以石墨为负极的材料，就需要掌握负极是否会析锂、何时析锂、能否用数据检测。只有满足这些前提条件，才能够构成一个充电管理的闭环。

所以，在我看来，电力电子技术、电池、电池管理等问题全部解决后，才能构成一个完整的充电体系。

在这个体系中，慢充是一个单一闭环，也就是恒流-恒压(CC-CV)充电模式。而快充则是各种物理量快速变化的模式，比如温度的控制、充电边界的调整，由于数值不再恒定，就需要动态调节。

另外，在长期充电的过程中，电池会产生衰老，导致充电边界、发热等参数发生变化。这时就需要针对电池的衰老，对充电体系进行调整。也就意味着需要对电池SOH（state of health电池健康度）的预估，并对RUL（Remaining Useful Life剩余使用寿命）进行检测，这同样是对充电管理的挑战。

除了上述三个核心挑战外，整套充电体系还会遇到其他问题。

在零部件方面，电压越高，越容易拉弧，高压继电器就可能会因为产生的电弧而损坏，熔断器、连接器以及一系列线束都可能会产生对应问题。

新能源汽车800V多功能电压转换器

在安全方面，400V的直流电已经十分危险，而从400V到800V的电压等级提升一倍，危险程度可想而知。所以，绝缘问题、耐压问题都是在汽车上需要解决的，不过对于电力行业来讲，800V仍被划分在中低压范围，也有着成熟的解决方案，不需要消费者们太过担心。

最后，我想谈一下充电基础设施的建设。这一技术进步可以分两方面来看的。

一方面，这项技术对汽车行业本身产生了很多影响，就像之前讲的更快速补能。

另一方面，这对于基础设施本身的建设也会产生很大影响。在这点上，行业的统一标准必须先行。为了解决这个问题，我国和德国、日本这些领先的电动汽车国家进行了充分沟通，形成了名为“CHAOJI”的标准，也就是汉语中“超级”的拼音，意味着是我国主导的标准。

总结来说，支持350kW到900kW的大功率充电未来可期。高压快充技术对于电动汽车行业将带来非常大的改变，它同样是一项影响体系性的技术，所以我们也希望整个行业继续努力，从而快速地将该技术推向市场。