電動汽車的終局是800V嗎？

作者|王凌方 來源|電動汽車觀察家(ID：evobserver)

800V的誕生，是因為要快充。

2019年，保時捷推出Taycan純電超跑，揭開了800V高電壓電氣架構時代的大幕。除了強勁的動力，Taycan的充電速度也讓人嘆為觀止——充電5分鐘就可以補充120km的續(xù)航。

2022年，小鵬推出了國內首款搭載800V高壓SiC平臺的量產車型G9——充電5分鐘，續(xù)航200公里。

至此，高壓快充作為實現快充的方式之一，受到越來越多主機廠的青睞。

但是，目前市場上的主流車型都是400V電壓平臺產品。需要特別說明下，400V平臺和800V平臺都是統(tǒng)稱。目前主流新能源整車高壓電氣系統(tǒng)電壓范圍一般為230V-450V，取中間值400V，籠統(tǒng)稱之為400V系統(tǒng)；整車高壓電氣系統(tǒng)電壓范圍達到550-930V，取中間值800V，可籠統(tǒng)稱之為800V系統(tǒng)。

高壓快充這么香，但是不是所有乘用車都需要800V？是否還有向更高電壓平臺發(fā)展的潛力？

答案，并沒有那么想當然。

01

帶電量提升，推漲快充需求

電動汽車與燃油車相比，最大的短板在于補能時間長。

在車型長續(xù)航的趨勢下，乘用車的帶電量越來越高，充電時間則在不斷被拉長。純電車型的帶電量從2020年的48度電，逐年提升至2022年的50度電；插混車型也由2020年的18度電，提升至2022年的21度電。

資料來源：動力電池聯盟

《2022中國電動汽車用戶充電行為白皮書》數據顯示，大部分用戶對充電時間較為敏感。快充樁由于充電效率高，成為96%用戶的首選。用戶使用直流快充樁平均單次充電時長48.7分鐘，周充電頻次高達4.51次。同時，用戶更偏好使用大功率充電設施，選擇120kw及以上功率充電設施的用戶占比到達72%。

可以看到，隨著車輛帶電量的逐年提升，快速充電已經成為消費者的重要訴求。

正是基于消費者的需求，車企開始考慮提升車輛的快充能力。

400公里續(xù)航是重要分界線?！稓W洲汽車那些事兒》統(tǒng)計的數據顯示，400公里續(xù)駛里程是電動汽車對快充需求的分界線，大于400公里，車企就會開始想辦法提升充電速率。

02

大電流和高電壓的抉擇

實現快充一般有兩條路徑，一個是提高電流，另一個是提升電壓。

采用提升電流方式的典型車企就是特斯拉，V3超充樁能在400V電壓的條件下實現250kW 的充電功率，Model 3充電15 分鐘就能行駛250公里。

400V車要想實現大功率充電需要加大電流，此方案的問題在于充電槍、線纜以及電池核心部件等會產生較高的熱損失。換句話說，很多功率都以熱的形式散發(fā)掉了。優(yōu)勢是車端技術不變，單靠升級超充樁來增大充電的功率，但快充的速度也被平臺的電壓限制死了，僅提升電流帶來的空間很快就會到盡頭。

均勝電子方面則用數據向《電動汽車觀察家》進行了解釋，目前，主流充電槍的最大電流限制500A，所能達到的充電功率大約為200kW，車企普遍使用400V電壓系統(tǒng)、250A電流，達到100kW的充電功率，按單車帶電量50kWh計算，電池由30%SOC充電至 80%SOC需要30分鐘，800V高壓可以達到300-500kW的充電功率，僅需6-10分鐘就能迅速補能。

而且800V高壓平臺可以支持更長時間的快充。根據華為智能電動領域總裁王超分享的研究發(fā)現，當采用低壓大電流模式時，最大功率充電僅出現在10%-20%SOC時段，而在其他區(qū)間充電功率下降迅速。但在800V高壓模式下，最大功率快充可支持30%-80%SOC 時段。因此相比于低壓大電流而言，800V高壓模式可支持更長時間的快充。

換句話說，高電壓下充電時間更長，充電速度就會更快。

兩相對比，可以發(fā)現，大電流模式的缺點是快充上限低、損耗大。因此，更多的車企更傾向于采用高電壓的方式來解決快充問題。

目前，比亞迪、吉利、小鵬、嵐圖、Lucid、奧迪、通用等車企都在采用高電壓的方式提升充電速度。

資料來源：OFweek 維科網

03

800V好處多，但成本高

800V平臺帶來的好處不僅僅是充電快。

華為數字能源技術有限公司智能電動領域副總裁彭鵬演講時就曾表示，800V-1000V的高壓平臺是大功率快充的必經之路。除了滿足快充以外，高壓平臺還有很多額外價值。理論上說，隨著充電功率的提升，汽車的動力性能也會提高。

此外，需要的線纜和部件會大大減少，車重也會減少，反過來也有助于提升續(xù)航里程。隨著SIC等功率器件的應用，高壓損耗也會降低，動力系統(tǒng)的效率會進一步提升，這也是高壓化平臺帶來的其他價值。

800V平臺的效果，需要SIC來疊加buff。

根據 Future eDrive- - Technologies的測算，在800V平臺下100kWh的電池有望減重達25kg，減重的效果較為明顯。這是由于在電壓翻倍、充電功率增幅不翻倍的情形下，串聯增加，高壓線束電流變小。高壓線束規(guī)格下降，同時用量減少，從而降本減重。SiC逆變器使得電源頻率增加，電機轉速增加，相同功率下轉矩減小，體積減小。

800V平臺好處雖多，但是成本卻很高。

800V平臺相比400V平臺，電壓電流更高、電弧更嚴重，對高壓直流繼電器耐壓等級、載流能力、滅弧、使用壽命等性能要求提高，產品需要在觸點材料、滅弧技術等多方面改進。

信達證券給出的數據顯示，800V電壓平臺單車價值量或將提升40%。例如，800V高壓架構需裝配耐壓等級高的薄膜電容器，高耐壓電容器單價更高，將提升薄膜電容器的單車價值量。為滿足 800V 高電壓平臺在體積、輕量、耐壓、耐高溫等方面帶來的更為嚴苛的要求，OBC/DCDC 等功率器件集成化趨勢明顯。

電機方面，800V逆變器導致電壓變化頻率高，軸電流增大，軸承防腐蝕要求增加，同時，由于電壓/開關頻率增加，800V電機內部的絕緣/EMC 防護等級要求提升等等，這些都會提升成本。

但是疊加了SiC方案，可以做到綜合成本不提升。安信證券數據顯示，采用SiC方案，在電池容量相同的情況下，其續(xù)航里程可提高5-10%；同理，在續(xù)航里程相同的情況下，電池容量可以減少5-10%。同等電池情況下，明顯增加續(xù)航里程，假設原車續(xù)駛里程600km，提升7%，意味著提升有效里程到642km。

簡而言之，800V平臺疊加SIC帶來的減重效果，相當于多加電池提升了續(xù)駛里程，但卻省下了電池的成本。綜合下來，采用800V和SIC方案后，可以實現整車成本沒有提升，但充電速度顯著提升的效果。

04

應用到10萬元以下車型仍不經濟

隨著800V平臺產業(yè)鏈的成熟，B級以下的車也有望采用。在彭鵬看來，當前長續(xù)航混動車型電池容量基本達到50度電，A級車也是50-60度電，華為認為未來長續(xù)航的混動車型及A級車型的純電車型，其實也會向高壓化發(fā)展。尤其是隨著各家車企紛紛圍繞B+級車型布局高壓化規(guī)劃，將來一定會向A級車型和混動車型進行延展，增加超快充特性。

但業(yè)內人士也普遍給出了10萬元以下車型，暫時不會采用高壓平臺的判斷。因為800V的經濟性是SiC的應用帶來的，但是SiC的成本無論如何都會比Si-IGBT高。

目前來看，搭載800V高電壓平臺的車型售價都在30萬元以上。

用Si-IGBT作為逆變器的開關器件，配套耐壓等級主要為650V左右，當然也可以采用耐壓等級為1200V的IGBT作為 800V電機控制器的功率開關，但Si-IGBT器件的導通損耗、開關損耗都有顯著的上升，如果在800V高壓系統(tǒng)領域走硅Si-IGBT技術路線的話，就會出現成本上升但效能下降的問題。

因此，如果不采用SiC，車企使用800V高壓平臺成本提升明顯，但效率提升小，應用動力就會不足。

用某功率器件生產商相關負責人李先生的話說，“有的車可能賣個兩三萬塊錢，用一個SiC模塊就得大幾千，用不起啊。”

李先生解釋說，SiC之所以貴，是因為長晶速度慢、耗電量大、良品率低等問題。

以PVT法碳化為例，硅長晶速度大概為0.3-0.5mm/h，7天才可生長 2cm，最高僅能生長3-5cm，而硅基72小時即可生長至2-3m高度。

根據電子發(fā)燒友網調查，目前業(yè)內4英寸SiC 襯底良率約 70%，6英寸良率僅約30%-50%，即使國際龍頭企業(yè)的襯底良率也僅70%左右，而傳統(tǒng)硅棒良率已達95%左右。

SiC材料特性使其加工難度遠高于Si，現有多線切割技術總材料損耗量高達30%~50%。碳化硅襯底作為莫氏硬度9.2的高硬度脆性材料硬度高、脆性大、化學性質穩(wěn)定，加工過程中易開裂，加工后的襯底易翹曲。所以，如果技術上沒有顯著突破，SiC器件的成本要遠高于Si-IGBT：當前SiC功率器件是Si-IGBT的3~5倍左右。

再從必要性上來看，經濟型小車對超快充的需求也并不大。

經濟型小車本身電池就小。平均帶電量上看，A00級22kWh，A0級別44kWh左右，主要滿足短距離代步需求。

新能源汽車國家大數據聯盟發(fā)布的《中國小型純電動乘用車出行大數據報告》顯示，A00純電以中小城市日常代步使用為主，不同車企的產品用戶次均行駛里程分布在5-10km，次均行駛里程超過30公里的占比不足1%。次均行駛里程平均值在7.63km左右，次均行駛時長的峰值在15-30min，超過1小時的不足0.2%。次均行駛時長平均值在17.4min。

以宏光 MINI EV為例，通過拉線（220V）充電的方式解決了充電難的問題，使得目標客戶群迅速擴大。宏光 MINI EV的電池組容量很小，使得在充電速度很低的情況下，充電時長卻并不長——小型純電動乘用車個人私用用戶次均充電時長為3.85小時，而宏光MINI EV僅為3.3小時。

這類車型充電靈活，對超快充的需求本就不高，因此沒有向高電壓平臺發(fā)展的必要。

對于乘用車是否還會有更高電壓平臺。均勝電子方面表示，長期來看，800V有潛力升級到1200V。在汽車行業(yè)，800V被稱之為高壓，但在電力行業(yè)，800V還屬于中低壓，工業(yè)領域在1200V的耐壓問題和絕緣問題已得到解決。

換句話說，進一步提升電壓，或許只是時間問題。

編者按：本文轉載自微信公眾號：電動汽車觀察家(ID：evobserver)，作者：王凌方