电动汽车的终局是800V吗?-电动汽车观察家

电动汽车的终局是800V吗?

800V的诞生,是因为要快充。

2019年,保时捷推出Taycan纯电超跑,揭开了800V高电压电气架构时代的大幕。除了强劲的动力,Taycan的充电速度也让人叹为观止——充电5分钟就可以补充120km的续航。

2022年,小鹏推出了国内首款搭载800V高压SiC平台的量产车型G9——充电5分钟,续航200公里。

至此,高压快充作为实现快充的方式之一,受到越来越多主机厂的青睐。

但是,目前市场上的主流车型都是400V电压平台产品。需要特别说明下,400V平台和800V平台都是统称。目前主流新能源整车高压电气系统电压范围一般为230V-450V,取中间值400V,笼统称之为400V系统;整车高压电气系统电压范围达到550-930V,取中间值800V,可笼统称之为800V系统。

高压快充这么香,但是不是所有乘用车都需要800V?是否还有向更高电压平台发展的潜力?

答案,并没有那么想当然。

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带电量提升,推涨快充需求

电动汽车与燃油车相比,最大的短板在于补能时间长。

在车型长续航的趋势下,乘用车的带电量越来越高,充电时间则在不断被拉长。纯电车型的带电量从2020年的48度电,逐年提升至2022年的50度电;插混车型也由2020年的18度电,提升至2022年的21度电。

资料来源:动力电池联盟

《2022中国电动汽车用户充电行为白皮书》数据显示,大部分用户对充电时间较为敏感。快充桩由于充电效率高,成为96%用户的首选。用户使用直流快充桩平均单次充电时长48.7分钟,周充电频次高达4.51次。同时,用户更偏好使用大功率充电设施,选择120kw及以上功率充电设施的用户占比到达72%。

可以看到,随着车辆带电量的逐年提升,快速充电已经成为消费者的重要诉求。

正是基于消费者的需求,车企开始考虑提升车辆的快充能力。

400公里续航是重要分界线。《欧洲汽车那些事儿》统计的数据显示,400公里续驶里程是电动汽车对快充需求的分界线,大于400公里,车企就会开始想办法提升充电速率。

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大电流和高电压的抉择

实现快充一般有两条路径,一个是提高电流,另一个是提升电压。

采用提升电流方式的典型车企就是特斯拉,V3超充桩能在400V电压的条件下实现250kW的充电功率,Model 3充电15分钟就能行驶250公里。

400V车要想实现大功率充电需要加大电流,此方案的问题在于充电枪、线缆以及电池核心部件等会产生较高的热损失。换句话说,很多功率都以热的形式散发掉了。优势是车端技术不变,单靠升级超充桩来增大充电的功率,但快充的速度也被平台的电压限制死了,仅提升电流带来的空间很快就会到尽头。

均胜电子方面则用数据向《电动汽车观察家》进行了解释,目前,主流充电枪的最大电流限制500A,所能达到的充电功率大约为200kW,车企普遍使用400V电压系统、250A电流,达到100kW的充电功率,按单车带电量50kWh计算,电池由30%SOC充电至80%SOC需要30分钟,800V高压可以达到300-500kW的充电功率,仅需6-10分钟就能迅速补能。

而且800V高压平台可以支持更长时间的快充。根据华为智能电动领域总裁王超分享的研究发现,当采用低压大电流模式时,最大功率充电仅出现在10%-20%SOC时段,而在其他区间充电功率下降迅速。但在800V高压模式下,最大功率快充可支持30%-80%SOC时段。因此相比于低压大电流而言,800V高压模式可支持更长时间的快充。

换句话说,高电压下充电时间更长,充电速度就会更快。

两相对比,可以发现,大电流模式的缺点是快充上限低、损耗大。因此,更多的车企更倾向于采用高电压的方式来解决快充问题。

目前,比亚迪、吉利、小鹏、岚图、Lucid、奥迪、通用等车企都在采用高电压的方式提升充电速度。

资料来源:OFweek维科网

03

800V好处多,但成本高

800V平台带来的好处不仅仅是充电快。

华为数字能源技术有限公司智能电动领域副总裁彭鹏演讲时就曾表示,800V-1000V的高压平台是大功率快充的必经之路。除了满足快充以外,高压平台还有很多额外价值。理论上说,随着充电功率的提升,汽车的动力性能也会提高。

此外,需要的线缆和部件会大大减少,车重也会减少,反过来也有助于提升续航里程。随着SIC等功率器件的应用,高压损耗也会降低,动力系统的效率会进一步提升,这也是高压化平台带来的其他价值。

800V平台的效果,需要SIC来叠加buff。

根据Future eDrive--Technologies的测算,在800V平台下100kWh的电池有望减重达25kg,减重的效果较为明显。这是由于在电压翻倍、充电功率增幅不翻倍的情形下,串联增加,高压线束电流变小。高压线束规格下降,同时用量减少,从而降本减重。SiC逆变器使得电源频率增加,电机转速增加,相同功率下转矩减小,体积减小。

800V平台好处虽多,但是成本却很高。

800V平台相比400V平台,电压电流更高、电弧更严重,对高压直流继电器耐压等级、载流能力、灭弧、使用寿命等性能要求提高,产品需要在触点材料、灭弧技术等多方面改进。

信达证券给出的数据显示,800V电压平台单车价值量或将提升40%。例如,800V高压架构需装配耐压等级高的薄膜电容器,高耐压电容器单价更高,将提升薄膜电容器的单车价值量。为满足800V高电压平台在体积、轻量、耐压、耐高温等方面带来的更为严苛的要求,OBC/DCDC等功率器件集成化趋势明显。

电机方面,800V逆变器导致电压变化频率高,轴电流增大,轴承防腐蚀要求增加,同时,由于电压/开关频率增加,800V电机内部的绝缘/EMC防护等级要求提升等等,这些都会提升成本。

但是叠加了SiC方案,可以做到综合成本不提升。安信证券数据显示,采用SiC方案,在电池容量相同的情况下,其续航里程可提高5-10%;同理,在续航里程相同的情况下,电池容量可以减少5-10%。同等电池情况下,明显增加续航里程,假设原车续驶里程600km,提升7%,意味着提升有效里程到642km。

简而言之,800V平台叠加SIC带来的减重效果,相当于多加电池提升了续驶里程,但却省下了电池的成本。综合下来,采用800V和SIC方案后,可以实现整车成本没有提升,但充电速度显著提升的效果。

04

应用到10万元以下车型仍不经济

随着800V平台产业链的成熟,B级以下的车也有望采用。在彭鹏看来,当前长续航混动车型电池容量基本达到50度电,A级车也是50-60度电,华为认为未来长续航的混动车型及A级车型的纯电车型,其实也会向高压化发展。尤其是随着各家车企纷纷围绕B+级车型布局高压化规划,将来一定会向A级车型和混动车型进行延展,增加超快充特性。

但业内人士也普遍给出了10万元以下车型,暂时不会采用高压平台的判断。因为800V的经济性是SiC的应用带来的,但是SiC的成本无论如何都会比Si-IGBT高。

目前来看,搭载800V高电压平台的车型售价都在30万元以上。

用Si-IGBT作为逆变器的开关器件,配套耐压等级主要为650V左右,当然也可以采用耐压等级为1200V的IGBT作为800V电机控制器的功率开关,但Si-IGBT器件的导通损耗、开关损耗都有显著的上升,如果在800V高压系统领域走硅Si-IGBT技术路线的话,就会出现成本上升但效能下降的问题。

因此,如果不采用SiC,车企使用800V高压平台成本提升明显,但效率提升小,应用动力就会不足。

用某功率器件生产商相关负责人李先生的话说,“有的车可能卖个两三万块钱,用一个SiC模块就得大几千,用不起啊。”

李先生解释说,SiC之所以贵,是因为长晶速度慢、耗电量大、良品率低等问题。

以PVT法碳化为例,硅长晶速度大概为0.3-0.5mm/h,7天才可生长2cm,最高仅能生长3-5cm,而硅基72小时即可生长至2-3m高度。

根据电子发烧友网调查,目前业内4英寸SiC衬底良率约70%,6英寸良率仅约30%-50%,即使国际龙头企业的衬底良率也仅70%左右,而传统硅棒良率已达95%左右。

SiC材料特性使其加工难度远高于Si,现有多线切割技术总材料损耗量高达30%~50%。碳化硅衬底作为莫氏硬度9.2的高硬度脆性材料硬度高、脆性大、化学性质稳定,加工过程中易开裂,加工后的衬底易翘曲。

所以,如果技术上没有显著突破,SiC器件的成本要远高于Si-IGBT:当前SiC功率器件是Si-IGBT的3~5倍左右。

再从必要性上来看,经济型小车对超快充的需求也并不大。

经济型小车本身电池就小。平均带电量上看,A00级22kWh,A0级别44kWh左右,主要满足短距离代步需求。

新能源汽车国家大数据联盟发布的《中国小型纯电动乘用车出行大数据报告》显示,A00纯电以中小城市日常代步使用为主,不同车企的产品用户次均行驶里程分布在5-10km,次均行驶里程超过30公里的占比不足1%。次均行驶里程平均值在7.63km左右,次均行驶时长的峰值在15-30min,超过1小时的不足0.2%。次均行驶时长平均值在17.4min。

以宏光MINI EV为例,通过拉线(220V)充电的方式解决了充电难的问题,使得目标客户群迅速扩大。宏光MINI EV的电池组容量很小,使得在充电速度很低的情况下,充电时长却并不长——小型纯电动乘用车个人私用用户次均充电时长为3.85小时,而宏光MINI EV仅为3.3小时。

这类车型充电灵活,对超快充的需求本就不高,因此没有向高电压平台发展的必要。

对于乘用车是否还会有更高电压平台。均胜电子方面表示,长期来看,800V有潜力升级到1200V。在汽车行业,800V被称之为高压,但在电力行业,800V还属于中低压,工业领域在1200V的耐压问题和绝缘问题已得到解决。

换句话说,进一步提升电压,或许只是时间问题。

本文由 电动汽车观察家 作者:王 凌方 发表,其版权均为 电动汽车观察家 所有,文章内容系作者个人观点,不代表 电动汽车观察家 对观点赞同或支持。如需转载,请注明文章来源。
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