保时捷Taycan、比亚迪汉升压充电技术解析

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大功率充电需求及路线

电动汽车单次充电用时长、续驶里程短的问题是制约电动车发展的关键因素。2020年新能源汽车问题TOP10问题，充电速度慢占比33.4%，相较2019年上升14.3%。

根据网络调查，大部分纯电动车用户习惯在soc在10%~30%开始充电，一般来说电池的高效充电区间为20%~80%，超过80%涓流充电。

网络对634名电动汽车用户进行的问卷调查显示，87%的用户希望能够在30 min内充满80%电量，而44%的受访者更是希望充电时间能够缩短到15 min以内。

解决用户单次充电时间长，缓解用户充电和里程焦虑问题，发展大功率充电技术得到国内外行业参与者的普遍共识，其中以欧美的保时捷、特斯拉为代表的车企走在了前列，并已实现商业应用。

充电功率=充电电流×电池电压，因此要提升充电功率务必要提升电池电压或者充电电流，同时形成了两个技术特点，其中保时捷Taycan第一个将800V高压充电应用到实车。

不同充电功率的充电时间

我们再来看一下Taycan和Model 的快充曲线对比。我们会发现Taycan（蓝色）可以达到更高的充电功率。

Taycan和Model 的电平台对比

Taycan升压原理

2019年底一豪华纯电品牌推出了其电动车型，将高压电气电压平台直接由传统400V提升到了800V，第一款800V高电压电气架构横空出世，他就是保时捷的Taycan。

其高压电气架构图如下：

在Taycan的电气架构中，直流充电存在两路充电回路，一路直接连接800V动力电池，此回路可在其专用高压充电桩使用，另外一路是连接400V转800V的直流车载充电机，在普通充电桩使用。

下图显示在使用400V充电桩时，Taycan的最高充电功率可达到150KW。

不惜在车上增加如此复杂的电压转换设备，保时捷Taycan最主要的目的就是要缩短用户在充电上付出的时间成本。而在其他高压部件以及电池快充能力取得进步之后，保时捷Taycan及其后续车型还有望在350kW充电功率的基础上，进一步发掘出800V电压平台的潜力。

400V升800V的升压充电机

保时捷Taycan采用了电荷泵升压的原理，特点是不需要线圈，直接告诉外部的直流充电站1/2的实际需求电压，然后通过电荷泵进行拉升电压。采用60Hz的控制频率，先让电路总为C1和C2充电，然后通过C1和电压源串联，提升充电电压。

下方为电荷泵升压原理。

比亚迪升压快充原理

升压的意义

想要认识升压充电的价值，就必须先解释一下为何要升压充电？简单概括两点：

现有快充网络的充电桩最高输出电压多数为500V。

如果电池包电压高于500V，例如额定600V，想要给电池包充进电能，则需要将充电桩的500V电压在车内升高至600V之上。（人往高处走，电往低处流）

之前的解决方案，是使用独立的升压电路。从下面这张PPT上可以看出，独立的升压电路包括两个IGBT半导体开关（含续流二极管）和一个电感及电容，这些器件独立于电驱（或电控）三合一，分开安装。

后来的汉EV使用了“驱动复用升压充电”方案

以下是比亚迪汉得充配电原理图，可以看出直流充电经过了电机总成然后进入动力电池，其充电回路为：

直流充电桩（500V）——车上直流充电口——充配电——驱动电机——驱动电机控制器——充配电——高压动力电池包

驱动复用的含义正是如此。比亚迪的充电回路设计的很巧妙，没有将充电桩直流输入的电源DC+和DC-直接接到电池包两根直流母线上，而是利用了IGBT逆变桥及电机定子绕组，搭出了一个Boost升压电路（见下图蓝色线路部分）。图中接触器断开时，这就是一个普通的电机驱动回路；接触器闭合时，这就是一个充电回路。这种设计的好处是，三相IGBT、续流二极管和电机绕组都可以并联在一起使用，功率足够大（前电机163kW），并且不需要额外的散热回路和安装空间。

下面这个图就是比亚迪的专利里面展现的框图，103是外部的电压源，可以理解为充电桩，通过电机的线圈和IGBT模块组成三个并联的boost电路，通过调整三相不同IGBT开关的占空比和频率，来实现对充电桩电压的升压操作。C2就是车上的动力电池，通过这个系统升压在C2上得到一个高电压。

比亚迪汉得升压boost电路原理见视频

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