碳化硅技術(shù)的興起與電動(dòng)汽車(chē)800V高壓平臺(tái)系統(tǒng)的應(yīng)用堪稱(chēng)“天作之合”。隨著800V高壓平臺(tái)的蓬勃發(fā)展趨勢(shì)，業(yè)內(nèi)分析人士指出，不久的將來(lái)，在800V平臺(tái)車(chē)輛大規(guī)模部署的帶動(dòng)下，SiC功率元件將迎來(lái)黃金發(fā)展期，呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。
碳化硅與800V電壓平臺(tái)的結(jié)合無(wú)疑是“雙贏”的典范，共同指向一個(gè)充滿(mǎn)希望和機(jī)遇的美好未來(lái)。
為什么電動(dòng)汽車(chē)需要800V？
無(wú)論是廠商還是駕駛員都極其渴望實(shí)現(xiàn)“充電五分鐘，行駛200公里”的便捷體驗(yàn)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要克服兩個(gè)核心挑戰(zhàn)：
首先，大大提升了充電效率，實(shí)現(xiàn)了電池的極快充電；
其次，優(yōu)化車(chē)輛整體能效，保證同等電量可以行駛更遠(yuǎn)的距離。
總之，根據(jù)初中物理原理P=UI，如果想要增大充電功率網(wǎng)校頭條，有兩條路徑：增大電流或增大電壓。
然而，大電流的方案會(huì)造成充電設(shè)備、電纜和電池核心部件的大量熱損失，其改進(jìn)空間有限，這意味著這種做法雖然可行，但并不是長(zhǎng)久之計(jì)。
升壓電壓比較如何？
在保持系統(tǒng)電流恒定的情況下，系統(tǒng)電壓增加一倍，將直接導(dǎo)致充電功率增加一倍，從而大大縮短充電時(shí)間。而且，在保持相同充電功率的同時(shí)，使用更高的電壓可以降低電流，從而減少所需電纜的厚度和熱量損失。
這意味著，繼續(xù)使用400V時(shí)代的線纜尺寸，可以在800V平臺(tái)下提升充電功率，即使用更細(xì)的線纜完成高效充電。
華為的研究案例指出，800V高壓充電系統(tǒng)可以在電池容量的30%-80%范圍內(nèi)保持最大功率充電。相比之下，低電壓大電流模式只能在10%-20%容量范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)最高效的充電。 ，在剩余時(shí)間內(nèi)功率急劇下降。
可以看到，800V高壓模式顯著延長(zhǎng)了快充的有效時(shí)間。
至于提高車(chē)輛運(yùn)行效率，則意味著在電流不變的情況下，電池電壓越高，電機(jī)輸出功率和行駛效率就會(huì)增加，從而產(chǎn)生更強(qiáng)的動(dòng)力性能和加速性能。
因此，800V高壓平臺(tái)可以輕松實(shí)現(xiàn)高性能輸出、高扭矩和更快的加速響應(yīng)，堪稱(chēng)電動(dòng)汽車(chē)充電效率的飛躍。然而，成本問(wèn)題已成為800V技術(shù)廣泛應(yīng)用的最大障礙之一。
為什么成本是一個(gè)問(wèn)題？ 800V平臺(tái)會(huì)帶來(lái)哪些變化？
反過(guò)來(lái)想，當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)系統(tǒng)升級(jí)到800V高壓平臺(tái)時(shí)，所使用的高壓元件的規(guī)格自然也會(huì)相應(yīng)提高。這包括將傳統(tǒng)的IGBT逆變器技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)楦冗M(jìn)的SiC材料器件。過(guò)程。鑒于逆變器的成本已經(jīng)是繼電池之后電動(dòng)汽車(chē)零部件中最高的，這次改用SiC材料的技術(shù)迭代無(wú)疑將進(jìn)一步提高其成本門(mén)檻，將其推向新的價(jià)格水平。
對(duì)于汽車(chē)制造商來(lái)說(shuō)，在采用碳化硅技術(shù)時(shí)，考慮的重點(diǎn)不僅僅局限于功率器件本身的成本，而是更側(cè)重于評(píng)估其對(duì)整車(chē)成本結(jié)構(gòu)的影響。因此，找到一個(gè)平衡點(diǎn)，使引入碳化硅技術(shù)所節(jié)省的成本能夠抵消其較高的初始投資就顯得尤為關(guān)鍵。
特斯拉是這方面的先驅(qū)。早在2018年，特斯拉就在Model 3車(chē)型上率先完成了從IGBT模塊到碳化硅模塊的創(chuàng)新。這種轉(zhuǎn)換不僅在相同功率水平下顯著減小了模塊封裝尺寸，而且還降低了高達(dá) 75% 的開(kāi)關(guān)損耗。最重要的是，這一轉(zhuǎn)變使系統(tǒng)效率提高了約 5%，凸顯了 SiC 模塊相對(duì)于 IGBT 的顯著優(yōu)勢(shì)。
從成本角度來(lái)看，這樣的部件更換直接導(dǎo)致成本增加約1500元。不過(guò)，得益于整體效率的躍升，所需的電池容量可以減少，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的電池成本節(jié)省。
特斯拉的這一決定無(wú)異于一次大膽的賭博，依靠其龐大的市場(chǎng)規(guī)模成功攤薄了額外成本，并趁機(jī)確立了400V電池系統(tǒng)領(lǐng)域技術(shù)和市場(chǎng)的領(lǐng)先地位。
轉(zhuǎn)向800V領(lǐng)域，保時(shí)捷于2019年推出全電動(dòng)跑車(chē)，成為首個(gè)部署800V系統(tǒng)的豪華品牌初中物理電池充電問(wèn)題，拉開(kāi)了電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)向800V高壓架構(gòu)轉(zhuǎn)型的激烈競(jìng)爭(zhēng)。
對(duì)于保時(shí)捷來(lái)說(shuō)，純粹從成本角度來(lái)討論似乎不太合適。畢竟其品牌價(jià)值和高端市場(chǎng)定位意味著更多考慮的是品牌附加值而不是純粹的性?xún)r(jià)比。
但這種技術(shù)創(chuàng)新實(shí)際上是一項(xiàng)全方位、深層次的系統(tǒng)工程。例如，為了匹配800V高壓充電，必須同時(shí)提高電池組電壓，以避免大電流造成損壞。此外，這一變化還影響到充電系統(tǒng)、電池系統(tǒng)、電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、高壓輔助部件甚至整個(gè)線束系統(tǒng)，深刻影響車(chē)輛啟動(dòng)、行駛、空調(diào)性能等各個(gè)方面。
起初，保時(shí)捷并沒(méi)有實(shí)施完全基于800V電器的電壓平臺(tái)設(shè)計(jì)，因?yàn)楫?dāng)時(shí)市場(chǎng)上還沒(méi)有符合800V工作標(biāo)準(zhǔn)的空調(diào)壓縮機(jī)。為此，保時(shí)捷采取了折衷方案，通過(guò) DC-DC 轉(zhuǎn)換器橋接 400V 和 800V 兩種不同的高壓系統(tǒng)。這在一定程度上調(diào)整并犧牲了電池的快充性能。
“先有雞還是先有蛋？”
具體到實(shí)施階段，當(dāng)汽車(chē)廠商在沒(méi)有相應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施支持的情況下推出高壓平臺(tái)車(chē)型時(shí)，消費(fèi)者實(shí)際上會(huì)面臨充電不方便的問(wèn)題。這就像經(jīng)典的哲學(xué)問(wèn)題“先有雞還是先有蛋？”同樣，轉(zhuǎn)化為“車(chē)輛等待充電樁建設(shè)”或“充電樁等待適配車(chē)輛普及”的現(xiàn)實(shí)困境。
隨著我們邁向800V高壓時(shí)??代，現(xiàn)有充電樁系統(tǒng)亟待升級(jí)。與早期的常規(guī)充電樁相比，800V高壓快速充電樁建設(shè)成本昂貴初中物理電池充電問(wèn)題，成本往往比過(guò)去高出兩到三倍。對(duì)于中低端車(chē)型來(lái)說(shuō)，標(biāo)配800V高壓快充樁無(wú)疑對(duì)其成本控制和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力提出了嚴(yán)峻考驗(yàn)。
另一方面，極高功率的充電需求對(duì)現(xiàn)有電網(wǎng)提出了前所未有的挑戰(zhàn)，其大規(guī)模應(yīng)用的可行性很大程度上取決于電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的加強(qiáng)和升級(jí)。
不過(guò)，對(duì)于國(guó)內(nèi)充電樁運(yùn)營(yíng)企業(yè)來(lái)說(shuō)，引入大功率快充技術(shù)是一個(gè)增加盈利潛力的好機(jī)會(huì)。隨著越來(lái)越多的車(chē)企加速部署800V技術(shù)平臺(tái)，配套高壓快充樁的需求也將上升，帶動(dòng)相關(guān)市場(chǎng)的擴(kuò)大。
此外，一些車(chē)企主動(dòng)自主布局超高速充電網(wǎng)絡(luò)。例如，特斯拉超級(jí)充電站網(wǎng)絡(luò)和小鵬汽車(chē)規(guī)劃的480kW高壓超級(jí)充電樁項(xiàng)目，更創(chuàng)新地將800V快充技術(shù)與儲(chǔ)能解決方案融合在一起，展示了公司在充電基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的前瞻性布局。以及獨(dú)立的經(jīng)營(yíng)策略。
推動(dòng)800V技術(shù)從概念走向?qū)嵺`，必須面對(duì)和解決諸多現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)，包括大功率充電樁建設(shè)、電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施承載能力提升等。
結(jié)論
此外，芯片短缺問(wèn)題也不容忽視，制約了800V車(chē)型的大規(guī)模推廣。確保SiC材料穩(wěn)定的供應(yīng)鏈?zhǔn)菍?shí)現(xiàn)該級(jí)別車(chē)輛量產(chǎn)的關(guān)鍵。但SiC器件全面替代硅基IGBT并非一朝一夕之事，這涉及到技術(shù)迭代和市場(chǎng)需求的雙重考量。
隨著800V技術(shù)的興起，不僅是逆變器，車(chē)載充電器、DC/DC轉(zhuǎn)換器甚至外部充電樁都對(duì)SiC器件表現(xiàn)出了強(qiáng)勁的需求。市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Yole最新預(yù)測(cè)指出，SiC器件市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將從2021年的10億美元飆升至2027年的60億美元以上，反映出800V趨勢(shì)下SiC技術(shù)的廣闊前景。
800V電氣架構(gòu)的演進(jìn)是一個(gè)持續(xù)的趨勢(shì)，而SiC作為核心技術(shù)受益匪淺，其他相關(guān)部件也在這個(gè)過(guò)程中逐步升級(jí)。 SiC器件正在進(jìn)入大幅增長(zhǎng)趨勢(shì)。最終，隨著充電基礎(chǔ)設(shè)施的完善布局，800V高壓架構(gòu)將最終成型，標(biāo)志著“800V時(shí)代”真正開(kāi)始。