800V 充電平台的理想與現實

大功率快充系統是電動車未來的充電趨勢;為因應這個需求,800V的高壓充電平台已成為當下全球車廠的重要技術議題。”全系統高壓” 將是未來主流,亦即電池、電機、電控、以及週邊之電壓轉換器、配電盒等等裝置皆設定為800V系統,雖成本較高,但系統能效也高,技術一步到位,投資回報率與開發時程等綜合因素來看可達最佳化。不過待克服的問題也不少,兩、三年內難以有大幅普及化的進展。

     當電動車電池的續航力(儲存電量)逐漸提升至油車水準時,電動車時代已看似不太遙遠了。此時充電速度成了下一個電動車主關注的技術痛點。 充電速度主要由充電樁的充電功率來決定(當然與電壓、電流兩個因素,也會交互對充電曲線產生影響),同時充電的車輛之三電系統需能做相應匹配;而充電功率等於電壓乘以電流(P = V x I ),所以增大功率的做法不是加大電壓,就是提升電流量。而電流量如需提升,則需更大的電線截面積,也因而會因較粗的電線而影響在車輛有限空間內的線束佈建,同時更有散熱性與能量損耗增加的問題;所以結論就是必須朝加大電壓來努力了。數年前Porsche推出了相容於800V 充電系統的電動車,開啟了高電壓充電平台技術的新紀元。但數年過後,這項劃時代的技術仍未能開始普及。從理想到現實,這段距離看來仍然有些遙遠

    首先,要能從400V提升至800V 進行高功率充電時,車載端的三電系統、OBC (車載充電器)、PDU ( 高壓配電盒)、DC/DC(直流電壓轉換器)、壓縮機、以至於電池材料等等,都需要能耐得住高電壓。目前第三代半導體採用的材料碳化矽(SiC),正可耐高電壓,是以成為未來電動車平台的新寵;但因目前碳化矽的製作成本較高且供貨尚不穩定之故,是以日前Tesla Elon Musk宣稱將研發新技術另闢蹊徑,以降低75%的碳化矽用量。這個想法是否能順如其意實現,有待時間的考驗,否則800V車載端的普及化目標在未來3年內仍難以達成。

    其次,在充電樁端,目前絕大多數的充電樁都只是滿足400V的需求,所以800V充電系統的電動車必須要再加裝一個DC/DC的升壓轉換器,以將來自於400V充電樁的電流升壓至800V。換句話說,在充電生態圈沒有儘速加大投資在800V充電樁時,高成本的800V電動車也將難以發揮其應有的快速充電優勢。

    即使有SiC供貨、成本、與技術門檻等等問題橫亙在前,800V平台車型仍是充放電速度提升的主要推進趨勢;目前除德系車款之外,韓系品牌與部份中國自主品牌皆已在這兩年陸續量產上市。通常在車輛電池剩餘電量較低的狀態下,如果有可匹配的充電樁,則號稱約可在5分鐘內充電達150km左右的續航力;就算實際情況要打個8折,那麼充電5分鐘就可續航120km的表現,則也將大大提升了電動車充電的時效性。我預估800V平台的電動車在2025年之後有望逐漸成為主流,尤其在搭配電容量較大、更為安全、但充放電速度較慢的固態電池上,可望補強其缺陷,在2028年左右成為電動車能源系統的最佳組合。