2022年已經(jīng)到來，業(yè)內(nèi)都認(rèn)為今年為800V高壓快充元年，各家主機(jī)廠紛紛布局。
目前小鵬汽車、廣汽埃安、比亞迪e平臺(tái)、吉利極氪、理想汽車、北汽極狐等車企已經(jīng)布局了 800V快充技術(shù)。
800V高壓平臺(tái)解決續(xù)航、充電焦慮問題
電車電動(dòng)車 800V 高壓平臺(tái)正逐步落地。
因動(dòng)力源差異，燃油車和電動(dòng)車的電壓平臺(tái)差異大。燃油車動(dòng)力源來自內(nèi)燃機(jī)，車用電器對(duì)輸出功率要求不高，低電壓平臺(tái)即可滿足：1918 年，蓄電池首次引入汽車；1920年得到普及，電壓僅為6V。隨著車載電器增多，車企相繼推出12V-48V等系統(tǒng)，適配以內(nèi)燃機(jī)為主要?jiǎng)恿υ吹能囆汀?/span>
而純電車型動(dòng)力源是電機(jī)和電池，需要較大的輸入/輸出功率，車內(nèi)電壓平臺(tái)通常高于燃油車。純電乘用車電壓通常在200-400V 之間。
400V高壓系統(tǒng)通常包括：電池、電機(jī)、電控、充電機(jī)（OBC）、高低壓轉(zhuǎn)換器（DC/DC）、高壓控制盒(PDU)、連接器及線束、電機(jī)/電池?zé)峁芾硐嚓P(guān)零部件。從核心部件功能上看：
1）電池是所有電器的供電單元，PDU對(duì)電池、電路起保護(hù)作用；
2）驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制器是動(dòng)力源，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；
3）DC/DC 對(duì)高低壓進(jìn)行轉(zhuǎn)化，滿足車內(nèi)低電壓器件用電需求；
4）OBC 將充電樁的交流電轉(zhuǎn)換成直流電進(jìn)而通過分線盒給電池充電。
400V電子電器架構(gòu)
800V電子電器架構(gòu)
800V高壓平臺(tái)車型出現(xiàn)后 ， 國(guó)內(nèi)車企從技術(shù)迭代角度開始進(jìn)跟進(jìn)800V架構(gòu) 。保時(shí)捷Taycan是首款800V高壓平臺(tái)的量產(chǎn)車型，已將最大充電功率提升至 350KW，可以在大約23分鐘內(nèi)，把動(dòng)力電池從5%充至80%，相當(dāng)于300公里的續(xù)航能力。同等功率下，當(dāng)電壓從400V提升到800V后，工作電流將降低一半，進(jìn)而線束體積、功率損耗均有下降。國(guó)內(nèi)車企目前紛紛跟進(jìn)800V高壓平臺(tái)架構(gòu)，有望在2022年陸續(xù)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)：
國(guó)內(nèi)車企800V快充技術(shù)布局
800V方案是降低續(xù)航及充電焦慮的主流選擇。
新能源汽車普及過程中，續(xù)航和充電速度是兩大短板。相較于燃油車，大部分新能源汽車?yán)m(xù)航里程低于600公里，普遍低于燃油車的續(xù)航里程，較難滿足城際間長(zhǎng)里程行駛需求。另一方面，現(xiàn)有的充電技術(shù)需要消費(fèi)者等待40分鐘甚至更久才可充滿，而燃油車的加油過程僅需要5分鐘，對(duì)比之下補(bǔ)能效率更低。續(xù)航里程和充電速度是兩大短板，制約新能源汽車對(duì)燃油車的替代。車企的解決方案包括：提升帶電量、提高補(bǔ)能效率。
提升帶電量能夠緩解續(xù)航問題 ，但邊際效益遞減。HEV、PHEV、EREV 車型通過燃油的方式提高續(xù)航水平。純電車型可通過增加電池帶電量實(shí)現(xiàn)高續(xù)航目的，目前特斯拉Model 3高性能版CLTC標(biāo)準(zhǔn)的續(xù)航里程達(dá)675公里。但電池是新能源車價(jià)值量最高的部件，帶電量提升會(huì)導(dǎo)致邊際成本和整車重量增加，購(gòu)車成本與整車功耗也將隨之增加。
提高補(bǔ)能效率 ，主流解決方案有兩種 ：換電、大功率快充 。
1) 換電：換電把新能源車充電時(shí)間替換成換電時(shí)間，代表企業(yè)有蔚來汽車，其二代換電站換電效率已提升至約5分鐘/車，接近于普通燃油車一次加油的水平。但各品牌車型電池規(guī)格不同，換電技術(shù)的推廣極度依賴于車企自建的換電體系，大規(guī)模推廣的成本及難度較高。
2)高電流低電壓（400V）充電：根據(jù)功率、電壓、電流關(guān)系公式?? = ????，其他條件保持不變，充電電壓或電流其中任一提高即可提高充電效率。特斯拉、極氪是大電流超充的代表品牌，其中特斯拉V3超充樁能在400V電壓的條件下達(dá)到250kW的保持不變，充電電壓或電流其中任一提高即可提高充電效率。特斯拉、極氪是大電流超充的代表品牌，其中特斯拉V3超充樁能在400V電壓的條件下達(dá)到250kW的峰值充電功率，15分鐘可補(bǔ)充 Model 3約250公里續(xù)航所需電量。峰值充電功率，15分鐘可補(bǔ)充 Model 3約 250公里續(xù)航所需電量。
高電流推廣難度同樣較大。高電流推廣難度同樣較大。根據(jù)焦耳定律Q= I*I*R*t，當(dāng)通電時(shí)間與電阻不變，熱量與電流的二次方成正比，大電流快充將大幅增加充電過程中的熱量。特斯拉 V3 超充樁峰值工作電流超過600A，需要使用更粗的線束，同時(shí)對(duì)散熱技術(shù)要求更高。與電流的二次方成正比，大電流快充將大幅增加充電過程中的熱量。特斯拉 V3 超充樁峰值工作電流超過 600A，需要使用更粗的線束，同時(shí)對(duì)散熱技術(shù)要求更高。
目前國(guó)內(nèi)車廠并沒有在散熱方案上做大幅定制化改動(dòng)。大電流充電樁同樣極度依賴自建體系，推廣成本高。另外，目前的大電流模式僅能在10%-20%SOC 進(jìn)行最大功率充電，在其他區(qū)間充電功率也有明顯下降，高效充電并非全程覆蓋。
3)高電壓（800V ）低電流充電：目前整車普遍使用400V架構(gòu)，切換 800V 架構(gòu)能夠使充電時(shí)間減少一半。保時(shí)捷 Taycan 是第一臺(tái)量產(chǎn)的 800V 架構(gòu)電動(dòng)車；小鵬最新發(fā)布的G9是國(guó)內(nèi)首款基于 800V 高壓 SiC（碳化硅）平臺(tái)的量產(chǎn)車，可實(shí)現(xiàn)充電 5分鐘，續(xù)航 200 公里。
800V架構(gòu)使整車具有更高的效率。800V電壓平臺(tái)推出后，相較于400V 平臺(tái)，工作電流更小，進(jìn)而節(jié)省線束體積、降低電路內(nèi)阻損耗，變相提升了功率密度和能量使用效率。在功率不變前提下，預(yù)計(jì) 800V 平臺(tái)的推出，續(xù)航里程將增加 10%、充電速度將提升一倍以上。當(dāng)然，實(shí)際快充技術(shù)的普及需要充電樁功率和電池充電倍率的同步匹配。
800V平臺(tái)下，涉及高壓系統(tǒng)部件都需升級(jí)
400V與800V 電壓下整車系統(tǒng)架構(gòu)基本一致，或增電源部件。高壓電氣系統(tǒng)下400V與800V拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基本一致，沒有太大變化。但若800V電壓平臺(tái)的電車能夠使用之前400V的直流快充樁，則需要在車端增加額外的DC/DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行升壓，達(dá)到800V及以上才能夠?qū)?dòng)力電池進(jìn)行充電。在800V的情況下，整車成本及充電裝置將會(huì)更昂貴，800V部件在應(yīng)用初期更適用于高檔跑車/SUV 等，中低端車型在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)采取400V電壓平臺(tái)仍將是較為經(jīng)濟(jì)的選擇。
此外高壓零部件及元器件需更提升耐壓等級(jí)，要求明顯提升。
除去可能新增 DC/DC升壓部件之外，在原本的整車高壓電氣架構(gòu)中直接與高壓系統(tǒng)直接連接的子系統(tǒng)部件如：動(dòng)力電池系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)（電機(jī)、電機(jī)控制器）、電源系統(tǒng)（ DC/DC 、 OBC 、 PDU ）以及車內(nèi)的空調(diào)壓縮機(jī)、加熱系統(tǒng)等需要提升部件耐壓等級(jí)。在這些子系統(tǒng)部件提升耐壓等級(jí)從400V平臺(tái)升至800V平臺(tái)后，其所采用的元器件及材料如：線纜、連接器、繼電器、保險(xiǎn)絲、電容、電阻、電感及功率半導(dǎo)體等耐壓等級(jí)需提升至800V及以上。為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，在應(yīng)用初期設(shè)計(jì)時(shí)將有可能需要更高的耐壓等級(jí)的部件來滿足絕緣安全冗余度的要求。
800V趨勢(shì)下快充電池的需求將會(huì)加速。
在400V電壓平臺(tái)下，當(dāng)前 E/E 電氣架構(gòu)下較難突破500A ，即200kW 以上的快充。但升級(jí)到800V電壓之后200kW快充電流可減少一半至250A ， 800V電壓平臺(tái)有望使快充功率突破至350kW 。同時(shí)，根據(jù) Future eDrive- - Technologies 的測(cè)算， 在800V平臺(tái)下100kwh 的電池有望減重達(dá)25kg ， 減重的效果較為明顯。
我們認(rèn)為在800V電壓平臺(tái)應(yīng)用的趨勢(shì)下，快充將會(huì)成為純電動(dòng)車重要的功能，從400V轉(zhuǎn)向800V可以通過更多的電池串聯(lián)在一起解決電壓提升問題，但更重要的是電池能夠承受大功率充電（2.2C 以上）的同時(shí)保持較長(zhǎng)的壽命，以及大功率充電下的散熱問題，這都有較大的挑戰(zhàn)。
車載電源行業(yè)或充分受益于新增的DC/DC升壓產(chǎn)品及 SiC 的應(yīng)用。
因?yàn)閯?dòng)力電池電壓平臺(tái)已經(jīng)升級(jí)到800V ，當(dāng)前的OBC 、 DC/DC 及 PDU 等電源產(chǎn)品都需要從400V等級(jí)提升至符合 800V 電壓平臺(tái)的應(yīng)用， SiC 器件由于其優(yōu)異的特性也將開始大規(guī)模的應(yīng)用。除此之外，直流快充樁原本輸出電壓等級(jí)為400V，可直接給動(dòng)力電池充電， 但動(dòng)力電池為800V 后其電壓
不再能夠繼續(xù)充電，因此需要一個(gè)額外的升壓產(chǎn)品使400V電壓能夠上升到 800V ，進(jìn)而給動(dòng)力電池進(jìn)行直流快充。在此技術(shù)方案下，這個(gè)器件需要能夠滿足大功率充電的功率，因此其價(jià)值量相比傳統(tǒng)DC/DC 要更大，而電源企業(yè)也將充分受益于此升壓 DC/DC 產(chǎn)品的配置。
電機(jī)控制器在800V平臺(tái)下由于 SiC 的應(yīng)用，價(jià)值量將有較大提升。
在800V電壓平臺(tái)下，根據(jù) ST 測(cè)試數(shù)據(jù)， SiC 器件損耗顯著低于 IGBT ，在常用的25% 的負(fù)載下其損耗低于IGBT 80% 。碳化硅器件在 800V 電壓平臺(tái)下具有顯著的優(yōu)勢(shì)，將會(huì)很快的推展開來。此外，由于目前SiC MOSFET 單管器件的價(jià)格仍為Si IGBT價(jià)格的3-5倍，而功率器件是電機(jī)控制器中最重要的器件之一，因此也會(huì)帶來電機(jī)控制器價(jià)值量的提升。
在新能源汽車電機(jī)控制器當(dāng)中，電力轉(zhuǎn)換是通過控制IGBT的開關(guān)來實(shí)現(xiàn)的。IGBT 受材料本身的局限，較難工作在200℃以上。高功率密度的電機(jī)控制器需要高效的電力轉(zhuǎn)換效率和更高的工作溫度，這對(duì)功率器件也提出了更高的要求，如：更低的導(dǎo)通損耗、耐高溫、高導(dǎo)熱能力等。而基于碳化硅（ SiC ）單晶材料的功率器件，具有高頻率、高效率、小體積等優(yōu)點(diǎn)（比 IGBT 功率器件小70%- 80% ），已經(jīng)在特斯拉 Model 3 車型中得到了應(yīng)用。
SiC單晶材料功率器件的優(yōu)勢(shì)
根據(jù) ST 意法半導(dǎo)體資料， SiC器件相比硅基的 IGBT 能夠有更小的體積。
在400V電壓平臺(tái)下， SiC能夠比 IGBT 器件擁有2 - 4% 的效率提升 ，而在 750V電壓平臺(tái)下其 提升幅度則可增大至3.5%- 8%。
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