碳化硅的崛起，與電動(dòng)汽車的800V高壓平臺(tái)系統(tǒng)算是“絕配”。在800V高壓平臺(tái)火熱的趨勢(shì)下，據(jù)行業(yè)預(yù)測(cè)，未來(lái)幾年SiC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。

碳化硅和800V可謂是”互相成就”，他們都有「光明的未來(lái)」。

一、電動(dòng)汽車為什么要上800V？

無(wú)論是廠家還是車主，對(duì)“充電5分鐘，續(xù)航200km”的效果都是夢(mèng)寐以求的。想要達(dá)到這個(gè)效果，就要解決兩大需求痛點(diǎn)：

1、就是讓充電性能大幅提升，快速提升電池充電速度；

2、就是提高整車運(yùn)行效率，在同等電量情況下，延長(zhǎng)續(xù)駛里程。

這里，我們可以用初中物理簡(jiǎn)單理解一下：P=UI。那么想要提高功率，無(wú)非是加大電流或提升電壓兩種方式。

而大電流會(huì)導(dǎo)致充電槍、線纜及動(dòng)力電池核心部件等產(chǎn)生很高的熱損失，其理論提高上限并不大。因此，提升電流這條路“走不通”，不，應(yīng)該是“走不遠(yuǎn)”。

那么，提高電壓呢？

當(dāng)系統(tǒng)電流維持不變，充電功率會(huì)隨著系統(tǒng)電壓翻倍，也就是峰值充電速度增加一倍，充電時(shí)間會(huì)大大縮短。此外，在相同充電功率下，電壓高了，電流就可以降低，而導(dǎo)線就不用那么粗，導(dǎo)線的電阻熱能耗也就降低。

因此，如果還使用原來(lái)400V所用的充電導(dǎo)線尺寸，則可以提升充電功率。也就意味著，在800V平臺(tái)下，可以使用較細(xì)的充電導(dǎo)線。

華為的一項(xiàng)研究顯示，采用了800V高壓模式的快充支持30%-80%SOC最大功率充電，而低壓大電流模式僅能在10%-20%SOC進(jìn)行最大功率充電，在其他區(qū)間充電功率下降的非常迅速。可見，800V高壓模式能支持更長(zhǎng)時(shí)間的快充。

而整車運(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)容易實(shí)現(xiàn)高功率和大扭矩，以及更好的加速性能。雖然說(shuō)800V給電動(dòng)車帶來(lái)的補(bǔ)能效率提升是質(zhì)變級(jí)的，但800V落地推廣的最大阻礙之一就是成本問(wèn)題。

二、為什么是成本問(wèn)題？800V平臺(tái)會(huì)帶來(lái)哪些改變？

我們可以從后往前推，如果電動(dòng)汽車架構(gòu)升級(jí)到800V，那么它高壓元器件的標(biāo)準(zhǔn)也就會(huì)相應(yīng)地提高，其中逆變器也會(huì)從傳統(tǒng)的IGBT器件換成SiC材料MOSFET器件。本身逆變器它的成本就僅次于電池的零部件，如果升級(jí)成SiC，成本則又提高了一個(gè)檔次。

但對(duì)于整車廠而言，應(yīng)用碳化硅一般不會(huì)單一考慮功率器件成本，更重要的是考慮整車成本變化。因此如何找到「SiC帶來(lái)的成本節(jié)約」與「其本身高昂成本」之間的平衡很重要。

在SiC方面，第一個(gè)吃螃蟹的人是特斯拉。

2018年，特斯拉在 Model 3中首次將IGBT模塊換成了碳化硅模塊。在相同功率等級(jí)下，碳化硅模塊的封裝尺寸明顯小于硅模塊，并且開關(guān)損耗降低了75%。而且，換算下來(lái)，采用SiC模塊替代IGBT模塊，其系統(tǒng)效率可以提高5%左右。

從成本端來(lái)看，這種替換成本上升將近1500元。但是，因?yàn)檎囆实奶嵘瑢?dǎo)致電池裝機(jī)量的下降，電池端的成本又省回來(lái)了。

這算是特斯拉的一次豪賭，因其龐大的市場(chǎng)銷量而使得成本攤平，特斯拉也憑借這次豪賭搶先占據(jù)了400V電池系統(tǒng)的技術(shù)和市場(chǎng)。

而在800V方面，保時(shí)捷作為第一個(gè)吃螃蟹的人，在2019推出的全電動(dòng)Taycan跑車中安裝了800V系統(tǒng)，掀起了一波電動(dòng)汽車800V高壓架構(gòu)的軍備競(jìng)賽。

從保時(shí)捷端分析成本頗有些“欠妥”，畢竟人家主打的是豪車效應(yīng)，講究一個(gè)品牌溢價(jià)。

但是在技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用上，這是“牽一發(fā)而動(dòng)全身”的大工程。比如，在800V高壓充電下，電池包的電壓也要相對(duì)提升到800V，否則會(huì)因?yàn)楦叱潆婋娏鞫鵁龤?。此外，不僅涉及充電系統(tǒng)，還涉及電池系統(tǒng)、電驅(qū)系統(tǒng)、高壓輔件和線束系統(tǒng)，影響著車輛的啟動(dòng)、行駛、空調(diào)使用等。

而最初的Taycan并沒(méi)有拿出一個(gè)完全由800V用電器組成的電壓平臺(tái)，當(dāng)年的保時(shí)捷找不到800V工作電壓的空調(diào)壓縮機(jī)，而是通過(guò)DCDC轉(zhuǎn)換器融合了400V和800V兩套高壓系統(tǒng)，并在電池的快充速度上進(jìn)行了一定的妥協(xié)和讓步。

三、“先有雞還是先有蛋”

在落地層面，對(duì)于整車廠來(lái)說(shuō)，在沒(méi)有基礎(chǔ)設(shè)施配套的前提下，推出一款高電壓平臺(tái)的產(chǎn)品，仍將使用戶面臨充電困難的問(wèn)題。“先有雞還是先有蛋”的問(wèn)題也就演變成了“車等樁”還是“樁等車”的問(wèn)題。

在800V大背景下，要對(duì)現(xiàn)有充電樁進(jìn)行升級(jí)。相比以往的普通充電樁，800V大功率充電樁的成本至少翻倍，甚至達(dá)到2～3倍。對(duì)于低端車型而言，隨車配送800V大功率充電樁將大幅削弱其價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。

其次，極高的充電功率對(duì)電網(wǎng)是一次巨大挑戰(zhàn)，能否大規(guī)模推廣，還取決于電網(wǎng)基建能力。

但是，對(duì)于國(guó)內(nèi)的充電樁運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，高功率快充也有助于提高盈利能力。當(dāng)車企爭(zhēng)相部署800V技術(shù)架構(gòu)時(shí)，與之適配的高壓大功率充電樁的數(shù)量也將聯(lián)動(dòng)增長(zhǎng)。

此外，部分車企也開展了其充電樁的鋪設(shè)，也就是所謂的自營(yíng)超充。

比如特斯拉的超充樁網(wǎng)絡(luò)，小鵬汽車也提出了自建480kW高壓超充樁的計(jì)劃，并創(chuàng)新性地將800V快充和儲(chǔ)能系統(tǒng)相結(jié)合等等。

要想讓800V產(chǎn)品從概念變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，大功率充電樁、電網(wǎng)基建能力等基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)際問(wèn)題需要推到解決。

四、結(jié)語(yǔ)

除此之外， “芯荒”也會(huì)有一定的影響。800V車型的規(guī)模上量保障需要實(shí)現(xiàn)SiC的穩(wěn)定供應(yīng)。而碳化硅的應(yīng)用要考慮技術(shù)升級(jí)和市場(chǎng)效應(yīng)問(wèn)題，不會(huì)短時(shí)間完成對(duì)硅基IGBT的替代。

但隨著800V的到來(lái)，不光是逆變器。車載充電器、DC/DC轉(zhuǎn)換器以及充電樁對(duì)SiC也有較強(qiáng)需求。根據(jù) Yole 的最新預(yù)測(cè)中，預(yù)計(jì)到 2027 年，SiC 器件市場(chǎng)將從 2021 年的 10 億美元業(yè)務(wù)增長(zhǎng)到60 億美元以上。

800V電氣架構(gòu)升級(jí)具備長(zhǎng)期趨勢(shì)，SiC的受益也是最大的，其他部件平滑升級(jí)，SiC器件的風(fēng)口有望實(shí)實(shí)在在到來(lái)。最后，配合補(bǔ)能基礎(chǔ)設(shè)施的落地，800V高壓架構(gòu)才是究極完成體，才能真正意義上到達(dá)“800V元年”。

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