上汽研发总院: 充换电技术路线

2023年7月5日，在盖世汽车主办的2023第三届汽车动力电池论坛上，上汽研发总院充换电技术负责人汪国康表示，上汽充电管家服务围绕私桩及公桩的总体使用场景，全面持续优化充电体验；可结合健康管家，引导用户充电行为，辅助用户保养电池。

上汽充电关键技术坚持高可靠、高能效、模块化、国产化。上汽通过增加额外升压DCDC和复用Inverter，做到兼容500V/750V的800V整车充电高压架构；移动送电车基于混动车型改制，完成了2代移动充电车开发；电动汽车无线充电关键技术包括谐振参数优化和辅助功能开发，来提高无线充电效率。

汪国康|上汽研发总院充换电技术负责人

以下为演讲内容整理：

用户和技术角度分析充换电产品

上汽新能源充换电产品概览，下图左边列出的内容包括直流、交流等，充电形式上交流产品是3.3kw—11kw，我们在海外也布局了22kw的产品。直流产品基于800V的限制，最大可以达到300kw。

图源：演讲嘉宾材料

随着电池技术和国标的更新，超充方面的功率会进一步提升。同时，上汽作为去年国内乘用车自主品牌出口最多的公司，在国标、欧标以及今年北美市场的销售方面，都有我们的生产线。

在充电方面，从用户和技术角度来看，会为用户提供充电管家服务，比如私桩预约充电和场景化智能充电，这样可以确保用户在充电过程中不会立即充满。现在手机上也有类似功能，如早上6点或8点上班时，充电率为100%，电池长期保持在高SoC下，可能会影响寿命，这些都是智能充电服务。对于公用充电桩，提供充电地图和车桩互联服务，并且通过充电桩和平台的接入，可以为用户提供更多服务。

结合电池管理健康管家，为用户提供智能充电和电池预加热功能。在公共桩接入方面，目前上汽有4个自主研发品牌，飞凡品牌通过提供的APP接入了超过45家运营商，已接入的第三方公共桩超过了63万根。此前新能源车主手机里的充电APP都会有痛点，现在车厂都会提供车主专用APP，这个APP可以在不同平台的充电桩上进行扫码操作。

充电技术路线秉持着高可靠、高能效、模块化、国产化的思路，高可靠意味着充电、电池系统和换电设计都要走高可靠的路线。高能效方面，不仅包括电池的功率密度，还包括集成化和充电效率的提高。模块化方面，对充电环节是一个功率转换执行的过程，我们希望把这种功率级的模块做成一个标准化、模块化的产品，进一步提高其可靠性。

国产化也是为了保障供应链安全的基础，我们现在研究的两个技术点：一是800V整车充电高压架构；二是市场上典型的800V重叠架构。如果要是实现真正的800V，那么只有20%的充电桩能充满电池，因此，需要在整车上进行优化和设计，以确保各种充电桩都能充满。

下图是一个典型的兼容电压平台充电桩的架构设计，左侧通过增加额外升压DCDC，将400V、500V和750V的桩，通过DCDC的转化传输到电池。复用Inverter整车上会有电驱，其中Inverter可以复用功率变换部分的电路，将400V的桩升压并传输到电池中。这个方案的切换逻辑复杂度和设计难度较大。

图源：演讲嘉宾材料

无限充电技术的难点与量产应用

移动送电车服务在之前开发了第一代，经过升级换代，目前推出了第二代，但二者之间的差别不大。第一代是按照架构拓扑，找到了一辆混合动力汽车的发动机，通过模层和荧光层进行发电，之后还可以通过快充接口为另一辆车充电。

第二代将原车电池也纳入其中，通过电池和Inverter的功率叠加实现了更大的充电功率。目前第二代最高能达到60kw的充电功率，对用户来说，基本上5分钟就可以应急，让车辆行驶到充电场站。

上汽公司在第一款车型上，也就是前年年底量产时配备了无线充电的产品和服务。对于用户来说，由于没有公用设施，在充电过程中，如导航、寻库等，都是为了今后在公用角度做些铺垫。在充电地图和有线充电传导式方面，可以通过用户在手机端预约，再扫码进行充电。

电动汽车无线充电技术是谐振参数优化，基于国标，目前能够实现的比例和耦合系数较低，如果按照当前国标推荐的参数，是无法实现各种工况下的应用。因此，我们会基于当前标准和行业内的做法，进行参数方面的优化，以提高无线的充电效率。

目前无限充电产品效率要比有线充电更高，但无限充电还存在对准方面的问题，在对准的情况下，无线充电的效率更高，所以无线充电的效率已经可以达到量产应用的程度。其应用难点包括成本和辅助功能的开发，首先无线充电是通过电磁感应原理，当电磁在传输时，如果有金属异物进入，会迅速升温，造成较为危险的后果。因此，对于这套系统，关键点在于金属异物的探测。通过矩阵化划分，将发射板分为64个小格子，每个格子用来探测其中的金属异物，这样可以分辨金属异物的大小，以减少金属异物对系统的干扰。

其次是活体检测，如小猫、小狗等都需要进行检测。最后根据国标，X方向是7.5厘米，Y方向是10厘米，分为±10厘米和±7.5厘米，如果不擅长停车，想要一次性到位确实存在困难。因此，对于整车来说，需要进行偏移检测，以便给用户提供提示。

为了使地面和车载方面的模块更为准确，首先通过倒车影像和辅助线，让用户对车位或自动驾驶有初步的认知，其次在倒车过程中，如果用户手动停车，我们可以提供一个透明的车身，除了可以看到360度环视位置以外，还可以看到底盘下面的透明位置，最后是精细的位置转移，更加方便客户的检查。

如何满足电池长续航的需求

目前，上汽已经在全国各地区铺设了十几个站点，也在行业内进行了持续的推广合作。为了推广换电，上汽已经进行了多年的研究，其方案的关键点是通过统一的长宽、尺度限制，来保证不同电池的电量能够换到同一台车上。例如，对于跑车或乘用车，可以使用更薄的电池来提高高度方面的通过性，也可以通过增加高度来提高整体电量，满足长续航的需求。

目前主流推广产品系统，统计的是质量和变量，因此，换电产生收益的关键点是希望用户在使用过程中，不用考虑电池衰竭，但前提是电池寿命要长于车身寿命。上汽在换电的安全保护方面，有7×24小时的后台数据接口，来预防热失控，一旦有内部热点，就会全力启动整车热管理系统，用以传导热量。

不同电芯组之间是有隔断，一颗电芯受到损伤和发热，只会影响供应方面的问题。要实现换电，关键接口技术上采用螺栓复合式换电机构，这个结构的优点是在螺栓过程中扭距较小，长电荷，也不会在螺栓卸下时脱落。

对车身平面度要求较低，这表明电器接口具有浮动装置和导向结构，能保证吸收角度和xy偏移的公差，冷却接口也可以保证在换电过程中泄漏量较小。在车辆左侧换旧电池时，右边的新电池可以立刻换上去，这样可以提高换电的速度。

我们目前正在建设平整式地基，这样可以避免金属换电时车辆不受影响，并且车站交互采用WiFi协议，实现了全自动化无人值守。同时从去年起，上汽与与中石油、中石化合资设立了一家公司，负责节能管理电池资产，对换电服务和换电运营提供培训以及技术输出。

补能微生态有两个方面：一是能源供储微生态；二是用户补能供电微生态。在能源供给方面，我们的目标是使资源利用更经济化，同时利用新能源，如光伏发电、储充或储设计。

我们呼吁储能和换电的所有标准协议要尽量兼容，这对后续储充换一体化具有较大的帮助。在电池回收再利用方面，因为电池资产属于电池资产管理公司，用户是不需要购买车电池，而是租赁电池资产的持有方。在换电站内完成电池回收后，用户会发现统一回收标准达到回收利用界限时，便可以利用统一标准进行回收利用。

未来希望我们能为用户提供更多价值，比如电池银行不仅包括电池资产管理，还包括安全性管理，所以我们还可以为用户提供更多安全性保障。

（以上内容来自上汽研发总院充换电技术负责人汪国康于2023年7月5日，在盖世汽车主办的2023第三届汽车动力电池论坛发表的《充换电技术路线》主题演讲。）