文｜上海汽車報
充電慢是目前新能源汽車行業(yè)的痛點之一，高電壓平臺和超級充電樁是實現(xiàn)大功率快充的主要方案。近年來，國內(nèi)外車企紛紛發(fā)布800V高電壓平臺量產(chǎn)車型，特別是隨著碳化硅（SiC）技術(shù)的進一步發(fā)展，電動車高電壓趨勢已經(jīng)確立。
800V高壓車型陸續(xù)推出
在上月底舉行的電動汽車百人會上，華為數(shù)字能源技術(shù)有限公司智能電動產(chǎn)品線副總裁彭鵬作了題為《協(xié)同推進“千伏”高壓平臺，加速電動化進程》的演講。他認為，隨著頭部車企紛紛推出高壓平臺架構(gòu)車型規(guī)劃，電壓等級不斷提升，電動車高壓化將成為趨勢。
據(jù)介紹，2020年以前上市電動車型的電壓多在300-500V之間。2019年4月，保時捷Taycan Turbo S在全球首次推出了800V電壓平臺。從2020年開始，600-800V高壓車型加快了走向市場步伐，以保時捷、奧迪、奔馳、現(xiàn)代等品牌的高壓架構(gòu)車型紛紛上市。2021年之后，有更多的頭部車企發(fā)布高壓平臺車型規(guī)劃，向800V甚至更高電壓推進。
在去年舉行的廣州車展上，小鵬汽車首次亮相的全新SUV G9采用800V高壓技術(shù)；長城旗下的沙龍汽車首款車型機甲龍，也支持800V超級快充；零跑汽車的800V平臺車型將在2024年第四季度量產(chǎn)；廣汽發(fā)布了新開發(fā)的480kW高壓充電樁。而比亞迪e平臺3.0、東風(fēng)嵐圖、極狐等平臺或車型早在廣州車展開幕之前就推出了800V架構(gòu)。吉利于2020年9月推出的SEA浩瀚平臺更是在國內(nèi)車企中率先采用了800V技術(shù)。
與此同時，作為供應(yīng)商的華為智能電動在高壓產(chǎn)業(yè)化進程中持續(xù)投入，為車企及充電運營商提供車載充電、電驅(qū)動系統(tǒng)、BMS、高壓熱管理系統(tǒng)、三電云、充電模塊、端到端的動力與高壓解決方案。
從量產(chǎn)時間來看，各大車企基于800V系統(tǒng)的新車將于今明兩年內(nèi)陸續(xù)上市。彭鵬預(yù)計未來幾年，高壓車型的銷量會有較大幅度的增長，復(fù)合增速有望超過50%。到2026年，800V以上高壓平臺車型銷量可達580多萬輛，占當年電動車銷量的50%以上，保有量可達1300萬輛左右。
充電10分鐘跑上200公里
行業(yè)專家認為，采用800V高壓平臺架構(gòu)有三大好處：一是大幅縮短充電時間；二是提高整車運行效率；三是降低整車成本。
當前，純電動車的發(fā)展還面臨諸多挑戰(zhàn)，痛點之一是充電慢。提升充電速度就要提高充電功率，即要么提高電壓，要么提高電流。當前，受乘用車散熱技術(shù)及成本限制，500A電流已是極限。因此，用提升整車電壓的平臺來發(fā)展大功率快充是更為合理的選擇。雙倍的電壓大大縮短了電池的充電時間。根據(jù)電池的容量，可以做到在20分鐘內(nèi)將電池的電量至少充到80%。彭鵬透露，有車企采用高壓快充架構(gòu)，充電10分鐘補能200km的快充車型今年就會量產(chǎn)。據(jù)悉，小鵬汽車還將鋪設(shè)中國首批量產(chǎn)的480kW高壓超充樁，以實現(xiàn)充電5分鐘可跑200公里的目標。
此外，800V的電氣系統(tǒng)可以實現(xiàn)更高的功率輸出，同時大大提高了電驅(qū)動的工作效率。整車運行效率更高是指電流不變時，電池電壓越高，電機的功率越大，電機驅(qū)動的效率也越高。所以，800V高壓平臺車型容易實現(xiàn)高功率和大扭矩，以及更好的加速性能，給用戶帶來更好的體驗。
因為整車效率的提升，導(dǎo)致電池裝機量的下降，最終從電池端把成本降下來。彭鵬以典型的B級車為例，續(xù)航1000km大約需要配置1C充電能力、150KWh容量的電池，成本約13.5萬元。相比而言，配置4C快充500km續(xù)航能力，只需配置75KWh容量的電池，成本約8.25萬元，下降5萬元左右，整車重量減輕0.6噸。新能源汽車的高壓線束必須承受較大電流，因此需要截面積較大的高壓線束。提高電壓等級能有效減小高壓線束截面積，減輕重量，節(jié)省空間，降低線束成本。
800V+SiC相輔相成
今年年初，上汽大眾完成MEB平臺首個碳化硅“三合一”電橋試制，效率對比目前的電驅(qū)動產(chǎn)品有了全方面的提升。其中，碳化硅電控的最高效率達到99.9%。未來，搭載碳化硅技術(shù)的ID.4 X車型可以提升4.5%的續(xù)航里程。
同時在今年年初，緯湃科技斬獲北美頭部汽車制造商價值超過10億歐元的訂單，公司將提供數(shù)百萬個采用碳化硅技術(shù)的800V逆變器。
800V高壓平臺成為行業(yè)趨勢，離不開碳化硅技術(shù)的發(fā)展，碳化硅技術(shù)是采用800V技術(shù)的關(guān)鍵推動力。功率半導(dǎo)體IGBT直接控制驅(qū)動系統(tǒng)直流電和交流電的轉(zhuǎn)換，同時對交流電機進行變頻控制，決定了車輛的扭矩和最大輸出功率。在800V甚至更高水平的平臺上，原本的硅基IGBT芯片達到了材料極限，創(chuàng)新型寬禁帶半導(dǎo)體材料，如氮化鎵和碳化硅提供了新的解決方案。憑借碳化硅材料耐高壓、耐高溫、高頻等特性，碳化硅芯片能夠使電驅(qū)動系統(tǒng)效率更高、損耗更低、重量更輕、結(jié)構(gòu)更緊湊，從而提升成本效益。
碳化硅芯片的大規(guī)模應(yīng)用，則始于特斯拉。2018年，特斯拉在Model 3中首次將硅基IGBT換成了碳化硅模塊。保時捷采用了碳化硅芯片高電壓逆變器，傳導(dǎo)率高達98.5%。豐田的碳化硅芯片體積就要比硅基IGBT減少80%。在令消費者體驗深刻的續(xù)航能力方面，與使用硅基芯片的電動汽車相比，搭載碳化硅芯片的電動汽車行駛距離平均延長6%。
據(jù)美國《華爾街日報》報道，全球汽車行業(yè)正把數(shù)以十億美元計的資金投向用碳化硅材料制成的芯片。美國科銳（Cree）有望在2022年建成世界上最大的碳化硅工廠。行業(yè)預(yù)計，未來幾年，碳化硅功率元器件將隨著800V平臺的大規(guī)模上車進入快速爆發(fā)階段。根據(jù)比亞迪的計劃，到2023年，比亞迪旗下所有電動車型會用碳化硅功率半導(dǎo)體全面替代硅基IGBT。
挑戰(zhàn)來自性能和成本
800V+ SiC技術(shù)的發(fā)展，對于提升用戶體驗、控制整車成本、打造車企差異化競爭力有諸多益處，但距離產(chǎn)品真正普及還有比較長的一段路要走。高電壓平臺的推出，意味著原有的很多元器件都要重新開發(fā)設(shè)計。電池包、電驅(qū)動、PTC、空調(diào)、車載充電機等都需重新適配，高壓充電網(wǎng)絡(luò)需要布局。
此外，高電壓等級對元器件更是一種挑戰(zhàn)。據(jù)預(yù)測，隨著未來市場供應(yīng)加大，預(yù)計碳化硅價格達到對應(yīng)硅基產(chǎn)品的2-3倍時，將推動碳化硅逐步替代硅基IGBT等產(chǎn)品。而目前國際上碳化硅價格是對應(yīng)硅基產(chǎn)品的5-6倍，提高產(chǎn)品性能和降低系統(tǒng)成本成為當下重要任務(wù)。