电动汽车充电设施高功率升级

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着电动汽车的电量越来越大,而且由保时捷Taycan所引导的800V高压系统所能带来的充电便利性,特斯拉随之升级到Super Charging V3所带来充电设施的升级和运营就摆在了一个非常关键的位置。而面向旅行和主要公路节点的快充网络,则是支撑电动汽车扩展用途的核心,有着这个网络的支撑,消费者的满意度至关重要。这里涉及到特斯拉和大众集团的充电网络升级的道路,我们来仔细探讨一下。

01

Electrify America

充电功率的分配 

大众的Electrify America选择与ABB、BTC Power、Efacec、Signet,四家企业采购充电设施的硬件。这些充电站都采用了“水冷电缆150/350 kW直流快速充电器”技术,整个规格如下所示:

表1 EA的四家供应商的充电桩产品

如果我们把其中一个桩的特点拆解出来,可以得到以下的图: 

800V平台:目前800V平台,充电桩的输出能力大约在300-320kW,也就是350-400A左右,目前量产的车只有Taycan一台,整体的需求也不大 

400V平台:由于功率模块可以按照目前主流的350-400V的主要电压来输出,最大电流设计目前可以达到500A左右,所以可以按照160-170kW的规格来输出

图1 充电桩在不同电压下的电流输出

在充电桩的布局和运营过程中,EA其实充分发挥了这个布置,这是一个典型的充电站的配置情况,这个站总的容量为1500kW。 

350kW:350kW的桩,需要有两个转换功率单元,所以分为1分2和1分4的两种不同的划分方式,比如Taycan这种最大充电功率需要到270kW的,就能在这里进行动态的分配 

175kW:只需要一个功率转换单元,主要面向CCS1小功率的和Chademo的3路划分,这个正好切成三份。

因此在当前的充电功率下配置,可以在400V下面去做350-500A,从120kW-200kW基于大电流的充电,这些充电设施完全能够承受。由于考虑到充电设施段的发热,这些充电桩都是通过液冷来实现持续的工作。

02

特斯拉的升级改造

从V2到V3

特斯拉的V3超级充电桩是在原有的基础上进行升级,是基于原有的储能产品的设计理念,通过改造新的 1MW 功率机柜,可支持高达 250kW 的峰值充电功率,并且通过软件升级,在多个适用地区的 V2 超级充电桩,通过软件升级的方式实现解锁145kW的充电功率。

图3 功率柜的升级和EA相似,也储备一些电池来做缓冲功率

在终端的充电桩上面,不改造提高峰值功率到145kW主要是提高电流,改造了新的充电桩主要是在电流上面下功夫,对AC/DC模块进行优化在电压区间不变的条件下做短时间的高功率输出,并且用液冷的系统来抵消从原有的350A增大到600A左右的巨大损耗。

图4 特斯拉的Super Charger的配置

这里核心的还是要看一下充电桩内的现有AC/DC模块的功率演进,还有内部的主要元件的选型变化。如果我们按照30kW来配置,面向175kW需要6个功率模块并联,350kW需要12个功率模块。这个后续我们可以仔细来看,国内也开始了一轮从750V往950V模块,从20kW到30kW的充电功率模块的迁移。但是特斯拉的V3的桩的最大输出电流负荷有些重,对于内部元件冷却的要求比较高。

小结:与国外的部署相比,我们在直流充电接口上面的250A卡的比较久,目前CCS1和CCS2能使用350A的电流,比我们要大一些。但是从400V到800V不是一蹴而就的,中间缓冲就是用较大的电流来过渡,首先热管理的问题就很突出了。