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?yàn)橐斐洹?/p>

2019年，保時(shí)捷推出Taycan純電超跑，揭開了800V高電壓電氣架構(gòu)時(shí)代的大幕。除了強(qiáng)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(bǔ)充120km的續(xù)航。

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

至此，高壓快充作為實(shí)現(xiàn)快充的方式之一，受到越來越多主機(jī)廠的青睞。

但是，目前市場上的主流車型都是400V電壓平臺產(chǎn)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(dá)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(dāng)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(bǔ)能時(shí)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(shí)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(lián)盟

《2022中國電動汽車用戶充電行為白皮書》數(shù)據(jù)顯示，大部分用戶對充電時(shí)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(shí)長48.7分鐘，周充電頻次高達(dá)4.51次。同時(shí)，用戶更偏好使用大功率充電設(shè)施，選擇120kw及以上功率充電設(shè)施的用戶占比到達(dá)72%。

可以看到，隨著車輛帶電量的逐年提升，快速充電已經(jīng)成為消費(fèi)者的重要訴求。

正是基于消費(fèi)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(jì)的數(shù)據(jù)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(shí)現(xiàn)快充一般有兩條路徑，一個(gè)是提高電流，另一個(gè)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(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)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(chǎn)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(shù)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(shù)據(jù)向《電動汽車觀察家》進(jìn)行了解釋，目前，主流充電槍的最大電流限制500A，所能達(dá)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(dá)到100kW的充電功率，按單車帶電量50kWh計(jì)算，電池由30%SOC充電至 80%SOC需要30分鐘，800V高壓可以達(dá)到300-500kW的充電功率，僅需6-10分鐘就能迅速補(bǔ)能。

而且800V高壓平臺可以支持更長時(shí)間的快充。根據(jù)華為智能電動領(lǐng)域總裁王超分享的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用低壓大電流模式時(shí)，最大功率充電僅出現(xiàn)在10%-20%SOC時(shí)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(shí)段。因此相比于低壓大電流而言，800V高壓模式可支持更長時(shí)間的快充。

換句話說，高電壓下充電時(shí)間更長，充電速度就會更快。

兩相對比，可以發(fā)現(xiàn)，大電流模式的缺點(diǎn)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(wǎng)

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(shù)字能源技術(shù)有限公司智能電動領(lǐng)域副總裁彭鵬演講時(shí)就曾表示，800V-1000V的高壓平臺是大功率快充的必經(jīng)之路。除了滿足快充以外，高壓平臺還有很多額外價(jià)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(yīng)用，高壓損耗也會降低，動力系統(tǒng)的效率會進(jìn)一步提升，這也是高壓化平臺帶來的其他價(jià)值。

800V平臺的效果，需要SIC來疊加buff。

根據(jù) Future eDrive- - Technologies的測算，在800V平臺下100kWh的電池有望減重達(dá)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(lián)增加，高壓線束電流變小。高壓線束規(guī)格下降，同時(shí)用量減少，從而降本減重。SiC逆變器使得電源頻率增加，電機(jī)轉(zhuǎn)速增加，相同功率下轉(zhuǎn)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(yán)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(chǎn)品需要在觸點(diǎn)材料、滅弧技術(shù)等多方面改進(jìn)。

信達(dá)證券給出的數(shù)據(jù)顯示，800V電壓平臺單車價(jià)值量或?qū)⑻嵘?0%。例如，800V高壓架構(gòu)需裝配耐壓等級高的薄膜電容器，高耐壓電容器單價(jià)更高，將提升薄膜電容器的單車價(jià)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(yán)苛的要求，OBC/DCDC 等功率器件集成化趨勢明顯。

電機(jī)方面，800V逆變器導(dǎo)致電壓變化頻率高，軸電流增大，軸承防腐蝕要求增加，同時(shí)，由于電壓/開關(guān)頻率增加，800V電機(jī)內(nèi)部的絕緣/EMC 防護(hù)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(shù)據(jù)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(shè)原車?yán)m(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(dāng)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(shí)現(xiàn)整車成本沒有提升，但充電速度顯著提升的效果。

04

應(yīng)用到10萬元以下車型仍不經(jīng)濟(jì)

隨著800V平臺產(chǎn)業(yè)鏈的成熟，B級以下的車也有望采用。在彭鵬看來，當(dāng)前長續(xù)航混動車型電池容量基本達(dá)到50度電，A級車也是50-60度電，華為認(rèn)為未來長續(xù)航的混動車型及A級車型的純電車型，其實(shí)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(jìn)行延展，增加超快充特性。

但業(yè)內(nèi)人士也普遍給出了10萬元以下車型，暫時(shí)不會采用高壓平臺的判斷。因?yàn)?00V的經(jīng)濟(jì)性是SiC的應(yīng)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(jià)都在30萬元以上。

用Si-IGBT作為逆變器的開關(guān)器件，配套耐壓等級主要為650V左右，當(dāng)然也可以采用耐壓等級為1200V的IGBT作為 800V電機(jī)控制器的功率開關(guān)，但Si-IGBT器件的導(dǎo)通損耗、開關(guān)損耗都有顯著的上升，如果在800V高壓系統(tǒng)領(lǐng)域走硅Si-IGBT技術(shù)路線的話，就會出現(xiàn)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(yīng)用動力就會不足。

用某功率器件生產(chǎn)商相關(guān)負(fù)責(zé)人李先生的話說，“有的車可能賣個(gè)兩三萬塊錢，用一個(gè)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?yàn)殚L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(shí)即可生長至2-3m高度。

根據(jù)電子發(fā)燒友網(wǎng)調(diào)查，目前業(yè)內(nèi)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(dá)95%左右。

SiC材料特性使其加工難度遠(yuǎn)高于Si，現(xiàn)有多線切割技術(shù)總材料損耗量高達(dá)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(xué)性質(zhì)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(shù)上沒有顯著突破，SiC器件的成本要遠(yuǎn)高于Si-IGBT：當(dāng)前SiC功率器件是Si-IGBT的3~5倍左右。

再從必要性上來看，經(jīng)濟(jì)型小車對超快充的需求也并不大。

經(jīng)濟(jì)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(shù)據(jù)聯(lián)盟發(fā)布的《中國小型純電動乘用車出行大數(shù)據(jù)報(bào)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(chǎn)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(shí)長的峰值在15-30min，超過1小時(shí)的不足0.2%。次均行駛時(shí)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(biāo)客戶群迅速擴(kuò)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(shí)長卻并不長——小型純電動乘用車個(gè)人私用用戶次均充電時(shí)長為3.85小時(shí)，而宏光MINI EV僅為3.3小時(shí)。

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(lǐng)域在1200V的耐壓問題和絕緣問題已得到解決。

換句話說，進(jìn)一步提升電壓，或許只是時(shí)間問題。

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