充电慢是目前新能源汽车行业的痛点之一，高电压平台和超级充电桩是实现大功率快充的主要方案。近年来，国内外车企纷纷发布800V高电压平台量产车型，特别是随着碳化硅（SiC）技术的进一步发展，电动车高电压趋势已经确立。在上月底举行的电动汽车百人会上，华为数字能源技术有限公司智能电动产品线副总裁彭鹏作了题为《协同推进“千伏”高压平台，加速电动化进程》的演讲。他认为，随着头部车企纷纷推出高压平台架构车型规划，电压等级不断提升，电动车高压化将成为趋势。据介绍，2020年以前上市电动车型的电压多在300-500V之间。2019年4月，保时捷Taycan Turbo S在全球首次推出了800V电压平台。从2020年开始，600-800V高压车型加快了走向市场步伐，以保时捷、奥迪、奔驰、现代等品牌的高压架构车型纷纷上市。2021年之后，有更多的头部车企发布高压平台车型规划，向800V甚至更高电压推进。在去年举行的广州车展上，小鹏汽车首次亮相的全新SUV G9采用800V高压技术；长城旗下的沙龙汽车首款车型机甲龙，也支持800V超级快充；零跑汽车的800V平台车型将在2024年第四季度量产；广汽发布了新开发的480kW高压充电桩。而比亚迪e平台3.0、东风岚图、极狐等平台或车型早在广州车展开幕之前就推出了800V架构。吉利于2020年9月推出的SEA浩瀚平台更是在国内车企中率先采用了800V技术。与此同时，作为供应商的华为智能电动在高压产业化进程中持续投入，为车企及充电运营商提供车载充电、电驱动系统、BMS、高压热管理系统、三电云、充电模块、端到端的动力与高压解决方案。从量产时间来看，各大车企基于800V系统的新车将于今明两年内陆续上市。彭鹏预计未来几年，高压车型的销量会有较大幅度的增长，复合增速有望超过50%。到2026年，800V以上高压平台车型销量可达580多万辆，占当年电动车销量的50%以上，保有量可达1300万辆左右。行业专家认为，采用800V高压平台架构有三大好处：一是大幅缩短充电时间；二是提高整车运行效率；三是降低整车成本。当前，纯电动车的发展还面临诸多挑战，痛点之一是充电慢。提升充电速度就要提高充电功率，即要么提高电压，要么提高电流。当前，受乘用车散热技术及成本限制，500A电流已是极限。因此，用提升整车电压的平台来发展大功率快充是更为合理的选择。双倍的电压大大缩短了电池的充电时间。根据电池的容量，可以做到在20分钟内将电池的电量至少充到80%。彭鹏透露，有车企采用高压快充架构，充电10分钟补能200km的快充车型今年就会量产。据悉，小鹏汽车还将铺设中国首批量产的480kW高压超充桩，以实现充电5分钟可跑200公里的目标。此外，800V的电气系统可以实现更高的功率输出，同时大大提高了电驱动的工作效率。整车运行效率更高是指电流不变时，电池电压越高，电机的功率越大，电机驱动的效率也越高。所以，800V高压平台车型容易实现高功率和大扭矩，以及更好的加速性能，给用户带来更好的体验。因为整车效率的提升，导致电池装机量的下降，最终从电池端把成本降下来。彭鹏以典型的B级车为例，续航1000km大约需要配置1C充电能力、150KWh容量的电池，成本约13.5万元。相比而言，配置4C快充500km续航能力，只需配置75KWh容量的电池，成本约8.25万元，下降5万元左右，整车重量减轻0.6吨。新能源汽车的高压线束必须承受较大电流，因此需要截面积较大的高压线束。提高电压等级能有效减小高压线束截面积，减轻重量，节省空间，降低线束成本。
今年年初，上汽大众完成MEB平台首个碳化硅“三合一”电桥试制，效率对比目前的电驱动产品有了全方面的提升。其中，碳化硅电控的最高效率达到99.9%。未来，搭载碳化硅技术的ID.4 X车型可以提升4.5%的续航里程。同时在今年年初，纬湃科技斩获北美头部汽车制造商价值超过10亿欧元的订单，公司将提供数百万个采用碳化硅技术的800V逆变器。800V高压平台成为行业趋势，离不开碳化硅技术的发展，碳化硅技术是采用800V技术的关键推动力。功率半导体IGBT直接控制驱动系统直流电和交流电的转换，同时对交流电机进行变频控制，决定了车辆的扭矩和最大输出功率。在800V甚至更高水平的平台上，原本的硅基IGBT芯片达到了材料极限，创新型宽禁带半导体材料，如氮化镓和碳化硅提供了新的解决方案。凭借碳化硅材料耐高压、耐高温、高频等特性，碳化硅芯片能够使电驱动系统效率更高、损耗更低、重量更轻、结构更紧凑，从而提升成本效益。碳化硅芯片的大规模应用，则始于特斯拉。2018年，特斯拉在Model 3中首次将硅基IGBT换成了碳化硅模块。保时捷采用了碳化硅芯片高电压逆变器，传导率高达98.5%。丰田的碳化硅芯片体积就要比硅基IGBT减少80%。在令消费者体验深刻的续航能力方面，与使用硅基芯片的电动汽车相比，搭载碳化硅芯片的电动汽车行驶距离平均延长6%。据美国《华尔街日报》报道，全球汽车行业正把数以十亿美元计的资金投向用碳化硅材料制成的芯片。美国科锐（Cree）有望在2022年建成世界上最大的碳化硅工厂。行业预计，未来几年，碳化硅功率元器件将随着800V平台的大规模上车进入快速爆发阶段。根据比亚迪的计划，到2023年，比亚迪旗下所有电动车型会用碳化硅功率半导体全面替代硅基IGBT。800V+ SiC技术的发展，对于提升用户体验、控制整车成本、打造车企差异化竞争力有诸多益处，但距离产品真正普及还有比较长的一段路要走。高电压平台的推出，意味着原有的很多元器件都要重新开发设计。电池包、电驱动、PTC、空调、车载充电机等都需重新适配，高压充电网络需要布局。此外，高电压等级对元器件更是一种挑战。据预测，随着未来市场供应加大，预计碳化硅价格达到对应硅基产品的2-3倍时，将推动碳化硅逐步替代硅基IGBT等产品。而目前国际上碳化硅价格是对应硅基产品的5-6倍，提高产品性能和降低系统成本成为当下重要任务。
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来源：上海汽车报
时间：2022-04-13
