文｜上海汽車報(bào)
充電慢是目前新能源汽車行業(yè)的痛點(diǎn)之一，高電壓平臺(tái)和超級(jí)充電樁是實(shí)現(xiàn)大功率快充的主要方案。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外車企紛紛發(fā)布800V高電壓平臺(tái)量產(chǎn)車型，特別是隨著碳化硅（SiC）技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，電動(dòng)車高電壓趨勢(shì)已經(jīng)確立。
800V高壓車型陸續(xù)推出
在上月底舉行的電動(dòng)汽車百人會(huì)上，華為數(shù)字能源技術(shù)有限公司智能電動(dòng)產(chǎn)品線副總裁彭鵬作了題為《協(xié)同推進(jìn)“千伏”高壓平臺(tái)，加速電動(dòng)化進(jìn)程》的演講。他認(rèn)為，隨著頭部車企紛紛推出高壓平臺(tái)架構(gòu)車型規(guī)劃，電壓等級(jí)不斷提升，電動(dòng)車高壓化將成為趨勢(shì)。
據(jù)介紹，2020年以前上市電動(dòng)車型的電壓多在300-500V之間。2019年4月，保時(shí)捷Taycan Turbo S在全球首次推出了800V電壓平臺(tái)。從2020年開(kāi)始，600-800V高壓車型加快了走向市場(chǎng)步伐，以保時(shí)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(tái)車型規(guī)劃，向800V甚至更高電壓推進(jìn)。
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(zhǎng)城旗下的沙龍汽車首款車型機(jī)甲龍，也支持800V超級(jí)快充；零跑汽車的800V平臺(tái)車型將在2024年第四季度量產(chǎn)；廣汽發(fā)布了新開(kāi)發(fā)的480kW高壓充電樁。而比亞迪e平臺(tái)3.0、東風(fēng)嵐圖、極狐等平臺(tái)或車型早在廣州車展開(kāi)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(tái)更是在國(guó)內(nèi)車企中率先采用了800V技術(shù)。
與此同時(shí)，作為供應(yīng)商的華為智能電動(dòng)在高壓產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中持續(xù)投入，為車企及充電運(yùn)營(yíng)商提供車載充電、電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、BMS、高壓熱管理系統(tǒng)、三電云、充電模塊、端到端的動(dòng)力與高壓解決方案。
從量產(chǎn)時(shí)間來(lái)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(jì)未來(lái)幾年，高壓車型的銷量會(huì)有較大幅度的增長(zhǎng)，復(fù)合增速有望超過(guò)50%。到2026年，800V以上高壓平臺(tái)車型銷量可達(dá)580多萬(wàn)輛，占當(dāng)年電動(dòng)車銷量的50%以上，保有量可達(dá)1300萬(wàn)輛左右。
充電10分鐘跑上200公里
行業(yè)專家認(rèn)為，采用800V高壓平臺(tái)架構(gòu)有三大好處：一是大幅縮短充電時(shí)間；二是提高整車運(yùn)行效率；三是降低整車成本。
當(dāng)前，純電動(dòng)車的發(fā)展還面臨諸多挑戰(zhàn)，痛點(diǎn)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(dāng)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(tái)來(lái)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(shí)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(bǔ)能200km的快充車型今年就會(huì)量產(chǎn)。據(jù)悉，小鵬汽車還將鋪設(shè)中國(guó)首批量產(chǎn)的480kW高壓超充樁，以實(shí)現(xiàn)充電5分鐘可跑200公里的目標(biāo)。
此外，800V的電氣系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更高的功率輸出，同時(shí)大大提高了電驅(qū)動(dòng)的工作效率。整車運(yùn)行效率更高是指電流不變時(shí)，電池電壓越高，電機(jī)的功率越大，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的效率也越高。所以，800V高壓平臺(tái)車型容易實(shí)現(xiàn)高功率和大扭矩，以及更好的加速性能，給用戶帶來(lái)更好的體驗(yàn)。
因?yàn)檎囆实奶嵘瑢?dǎo)致電池裝機(jī)量的下降，最終從電池端把成本降下來(lái)。彭鵬以典型的B級(jí)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(wàn)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(wàn)元，下降5萬(wàn)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(jí)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(tái)首個(gè)碳化硅“三合一”電橋試制，效率對(duì)比目前的電驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品有了全方面的提升。其中，碳化硅電控的最高效率達(dá)到99.9%。未來(lái)，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(shí)在今年年初，緯湃科技斬獲北美頭部汽車制造商價(jià)值超過(guò)10億歐元的訂單，公司將提供數(shù)百萬(wàn)個(gè)采用碳化硅技術(shù)的800V逆變器。
800V高壓平臺(tái)成為行業(yè)趨勢(shì)，離不開(kāi)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(dòng)力。功率半導(dǎo)體IGBT直接控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)直流電和交流電的轉(zhuǎn)換，同時(shí)對(duì)交流電機(jī)進(jìn)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(tái)上，原本的硅基IGBT芯片達(dá)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(dòng)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(shí)捷采用了碳化硅芯片高電壓逆變器，傳導(dǎo)率高達(dá)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(fèi)者體驗(yàn)深刻的續(xù)航能力方面，與使用硅基芯片的電動(dòng)汽車相比，搭載碳化硅芯片的電動(dòng)汽車行駛距離平均延長(zhǎng)6%。
據(jù)美國(guó)《華爾街日?qǐng)?bào)》報(bào)道，全球汽車行業(yè)正把數(shù)以十億美元計(jì)的資金投向用碳化硅材料制成的芯片。美國(guó)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(jì)，未來(lái)幾年，碳化硅功率元器件將隨著800V平臺(tái)的大規(guī)模上車進(jìn)入快速爆發(fā)階段。根據(jù)比亞迪的計(jì)劃，到2023年，比亞迪旗下所有電動(dòng)車型會(huì)用碳化硅功率半導(dǎo)體全面替代硅基IGBT。
挑戰(zhàn)來(lái)自性能和成本
800V+ SiC技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于提升用戶體驗(yàn)、控制整車成本、打造車企差異化競(jìng)爭(zhēng)力有諸多益處，但距離產(chǎn)品真正普及還有比較長(zhǎng)的一段路要走。高電壓平臺(tái)的推出，意味著原有的很多元器件都要重新開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。電池包、電驅(qū)動(dòng)、PTC、空調(diào)、車載充電機(jī)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(jí)對(duì)元器件更是一種挑戰(zhàn)。據(jù)預(yù)測(cè)，隨著未來(lái)市場(chǎng)供應(yīng)加大，預(yù)計(jì)碳化硅價(jià)格達(dá)到對(duì)應(yīng)硅基產(chǎn)品的2-3倍時(shí)，將推動(dòng)碳化硅逐步替代硅基IGBT等產(chǎn)品。而目前國(guó)際上碳化硅價(jià)格是對(duì)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(dāng)下重要任務(wù)。