碳化硅技術(shù)的興起與電動汽車800V高壓平臺系統(tǒng)的應(yīng)用堪稱“天作之合”。隨著800V高壓平臺的蓬勃發(fā)展趨勢，業(yè)內(nèi)分析人士指出，不久的將來，在800V平臺車輛大規(guī)模部署的帶動下，SiC功率元件將迎來黃金發(fā)展期，呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。
碳化硅與800V電壓平臺的結(jié)合無疑是“雙贏”的典范，共同指向一個充滿希望和機(jī)遇的美好未來。
為什么電動汽車需要800V？
無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，但并不是長久之計。
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間。而且，在保持相同充電功率的同時，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時代的線纜尺寸，可以在800V平臺下提升充電功率，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。 ，在剩余時間內(nèi)功率急劇下降。
可以看到，800V高壓模式顯著延長了快充的有效時間。
至于提高車輛運(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增加，從而產(chǎn)生更強(qiáng)的動力性能和加速性能。
因此，800V高壓平臺可以輕松實(shí)現(xiàn)高性能輸出、高扭矩和更快的加速響應(yīng)，堪稱電動汽車充電效率的飛躍。然而，成本問題已成為800V技術(shù)廣泛應(yīng)用的最大障礙之一。
為什么成本是一個問題？ 800V平臺會帶來哪些變化？
反過來想，當(dāng)電動汽車系統(tǒng)升級到800V高壓平臺時，所使用的高壓元件的規(guī)格自然也會相應(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。過程。鑒于逆變器的成本已經(jīng)是繼電池之后電動汽車零部件中最高的，這次改用SiC材料的技術(shù)迭代無疑將進(jìn)一步提高其成本門檻，將其推向新的價格水平。
對于汽車制造商來說，在采用碳化硅技術(shù)時，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)重于評估其對整車成本結(jié)構(gòu)的影響。因此，找到一個平衡點(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 模塊相對于 IGBT 的顯著優(yōu)勢。
從成本角度來看，這樣的部件更換直接導(dǎo)致成本增加約1500元。不過，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異于一次大膽的賭博，依靠其龐大的市場規(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)和市場的領(lǐng)先地位。
轉(zhuǎn)向800V領(lǐng)域，保時捷于2019年推出全電動跑車，成為首個部署800V系統(tǒng)的豪華品牌初中物理電池充電問題，拉開了電動汽車行業(yè)向800V高壓架構(gòu)轉(zhuǎn)型的激烈競爭。
對于保時捷來說，純粹從成本角度來討論似乎不太合適。畢竟其品牌價值和高端市場定位意味著更多考慮的是品牌附加值而不是純粹的性價比。
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)動系統(tǒng)、高壓輔助部件甚至整個線束系統(tǒng)，深刻影響車輛啟動、行駛、空調(diào)性能等各個方面。
起初，保時捷并沒有實(shí)施完全基于800V電器的電壓平臺設(shè)計，因?yàn)楫?dāng)時市場上還沒有符合800V工作標(biāo)準(zhǔn)的空調(diào)壓縮機(jī)。為此，保時捷采取了折衷方案，通過 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)汽車廠商在沒有相應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施支持的情況下推出高壓平臺車型時，消費(fèi)者實(shí)際上會面臨充電不方便的問題。這就像經(jīng)典的哲學(xué)問題“先有雞還是先有蛋？”同樣，轉(zhuǎn)化為“車輛等待充電樁建設(shè)”或“充電樁等待適配車輛普及”的現(xiàn)實(shí)困境。
隨著我們邁向800V高壓時??代，現(xiàn)有充電樁系統(tǒng)亟待升級。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題，成本往往比過去高出兩到三倍。對于中低端車型來說，標(biāo)配800V高壓快充樁無疑對其成本控制和市場競爭力提出了嚴(yán)峻考驗(yàn)。
另一方面，極高功率的充電需求對現(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。
不過，對于國內(nèi)充電樁運(yùn)營企業(yè)來說，引入大功率快充技術(shù)是一個增加盈利潛力的好機(jī)會。隨著越來越多的車企加速部署800V技術(shù)平臺，配套高壓快充樁的需求也將上升，帶動相關(guān)市場的擴(kuò)大。
此外，一些車企主動自主布局超高速充電網(wǎng)絡(luò)。例如，特斯拉超級充電站網(wǎng)絡(luò)和小鵬汽車規(guī)劃的480kW高壓超級充電樁項(xiàng)目，更創(chuàng)新地將800V快充技術(shù)與儲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)營策略。
推動800V技術(shù)從概念走向?qū)嵺`，必須面對和解決諸多現(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，芯片短缺問題也不容忽視，制約了800V車型的大規(guī)模推廣。確保SiC材料穩(wěn)定的供應(yīng)鏈?zhǔn)菍?shí)現(xiàn)該級別車輛量產(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)迭代和市場需求的雙重考量。
隨著800V技術(shù)的興起，不僅是逆變器，車載充電器、DC/DC轉(zhuǎn)換器甚至外部充電樁都對SiC器件表現(xiàn)出了強(qiáng)勁的需求。市場研究機(jī)構(gòu)Yole最新預(yù)測指出，SiC器件市場規(guī)模預(yù)計將從2021年的10億美元飆升至2027年的60億美元以上，反映出800V趨勢下SiC技術(shù)的廣闊前景。
800V電氣架構(gòu)的演進(jìn)是一個持續(xù)的趨勢，而SiC作為核心技術(shù)受益匪淺，其他相關(guān)部件也在這個過程中逐步升級。 SiC器件正在進(jìn)入大幅增長趨勢。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時代”真正開始。