通用汽車公司的副總裁曾經(jīng)說過： “電動汽車用戶正在尋求更長的續(xù)航里程，而碳化硅被視為電力電子設(shè)計的重要材料”。

碳化硅的興起與電動汽車的800V高壓平臺系統(tǒng)相得益彰。在800V高壓平臺的火熱趨勢下，預(yù)計未來幾年，隨著800V平臺的大規(guī)模部署，碳化硅功率元件將進入快速爆發(fā)階段。

 

為什么電動汽車需要800V的電壓

無論是十大動力電池公司還是車主，”充電5分鐘，續(xù)航200公里 “的效果是一個夢想。為了實現(xiàn)這一效果，必須解決兩大問題：

一是大力提高充電性能，快速提高電池的充電速度
二是提高整車的運行效率，在同等電量下延長行駛里程。

在這里，我們可以用初中的物理知識來簡單理解： P=UI。所以如果你想提高功率，有兩種方法，一是增加電流，二是增加電壓。

大電流會導致充電槍、電纜和動力電池核心部件的高熱損耗，而且理論上限不大。因此，增加電流并不是一個好的解決方案。

 

 

那么，提高電壓呢？

在系統(tǒng)電流不變的情況下，充電功率會隨著系統(tǒng)電壓的提高而翻倍，也就是說，充電峰值速度會翻倍，充電時間也會大大縮短。另外，在相同的充電功率下，當電壓較高時，電流可以減少，而且導線沒有那么粗，導線的電阻熱能消耗也會減少。

因此，如果同時使用原來400V的充電線尺寸，就可以提高充電功率。這意味著，在800V平臺下，可以使用更細的充電線。

800V高壓模式快充支持30%-80%SOC的最大功率充電，而低壓大電流模式只能在10%-20%SOC時進行最大功率充電，在其他區(qū)域充電功率下降非?？??？梢钥闯?，800V高壓模式可以支持更長時間的快速充電。

 

 

車輛的運行效率越高，意味著在電流不變的情況下，電池電壓越高，電機的功率越大，電機驅(qū)動的效率也越高。

因此，800V高壓平臺容易實現(xiàn)高功率和高扭矩，以及更好的加速性能。雖然說800V給電動汽車帶來的能量補充效率的提高是質(zhì)的提高，但800V推廣的最大障礙之一是成本。

 

為什么說是成本問題

我們可以從后面推到前面。如果電動汽車架構(gòu)升級到800V，那么其高壓部件的標準也會相應(yīng)提高，逆變器也會從傳統(tǒng)的IGBT器件更換為SiC材料的MOSFET器件。逆變器本身的成本僅次于電池的組件。如果將其升級為SiC，成本將再提高一個層次。

然而，碳化硅的應(yīng)用一般不只考慮功率器件的成本，更重要的是考慮整個車輛成本的變化。因此，在 “碳化硅帶來的成本節(jié)約 “和 “其本身的高成本 “之間找到平衡點是非常重要的。

談到SiC，第一個嘗試的是特斯拉。

 

 

2018年，特斯拉在Model 3中首次用碳化硅模塊取代了IGBT模塊。在相同的功率水平下，碳化硅模塊的封裝尺寸明顯小于硅模塊，開關(guān)損耗減少75%。此外，轉(zhuǎn)換后，通過使用碳化硅模塊代替IGBT模塊，系統(tǒng)效率可提高約5%。

從成本方面來看，更換成本增加了近1500元。但是，由于整車效率的提高，電池的裝機容量減少了，電池端的成本也就節(jié)省了。

這是特斯拉的一場豪賭，由于其巨大的市場銷量，特斯拉將成本拉平了。特斯拉也通過這場賭博率先占領(lǐng)了400V電池系統(tǒng)的技術(shù)和市場。

 

800V平臺將帶來哪些變化

在800V方面，保時捷作為第一個吃螃蟹的人，在2019年推出的純電動Taycan跑車上安裝了800V系統(tǒng)，掀起了一波電動車800V高壓架構(gòu)的軍備競賽。

從保時捷方面分析成本是很不合適的。畢竟，他們注重的是豪華車效應(yīng)，講究的是品牌溢價。

但在技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用上，這是一個影響整個汽車配件的大項目。例如，在800V高壓充電下，電池組的電壓也要相對提高到800V，否則會因充電電流過大而燒毀。這需要考慮到哪個電池的電壓最高。

 

 

此外，它不僅涉及充電系統(tǒng)，還涉及電池系統(tǒng)、電力驅(qū)動系統(tǒng)、高壓附件和線束系統(tǒng)，影響到車輛的啟動、行駛和空調(diào)的使用。

最初的Taycan并沒有拿出完全由800V電器組成的電壓平臺。保時捷找不到工作電壓為800V的空調(diào)壓縮機，而是通過DCDC轉(zhuǎn)換器整合了400V和800V的兩個高壓系統(tǒng)。而且在電池的快速充電速度方面也做出了一些妥協(xié)和讓步。

 

雞和蛋–哪個先來

在落地層面，對于廠商來說，在沒有配套基礎(chǔ)設(shè)施的情況下推出高壓平臺的產(chǎn)品，仍然會讓用戶面臨充電困難的問題。
而 “先有雞還是先有蛋 “的問題也演變成了 “車等樁 “或 “樁等車 “的問題。

在800V的背景下，現(xiàn)有的充電樁應(yīng)該進行升級改造。與以前的普通充電樁相比，800V大功率充電樁的成本至少增加了一倍，甚至達到2~3倍。
對于低端車型來說，車載800V大功率充電樁的分布將大大降低其價格競爭力。

其次，超高的充電功率對電網(wǎng)是一個巨大的挑戰(zhàn)。能否大規(guī)模推廣還取決于電網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施能力。

不過，對于中國的充電樁運營商來說，大功率快速充電也有助于提高盈利能力。當汽車公司爭相部署800V技術(shù)架構(gòu)時，與之相適應(yīng)的高壓大功率充電樁的數(shù)量也會同步增加。

 

 

此外，一些車企也推出了自己的充電樁鋪設(shè)，也就是所謂的自營過充。

比如特斯拉的超級充電網(wǎng)絡(luò)，小鵬汽車也提出了自建480kW高壓超級充電樁的計劃，并創(chuàng)新性地將800V快速充電與儲能系統(tǒng)相結(jié)合。

為了將800V產(chǎn)品從概念變成現(xiàn)實，需要解決基礎(chǔ)設(shè)施方面的實際問題，如大功率的充電樁和電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施能力。充電的另一個解決方案是交換電池，但許多國家的電池交換站商業(yè)模式尚未成熟。

 

結(jié)論

此外，電池的短缺也會產(chǎn)生一定的影響。800V車型的大規(guī)模、大范圍保障需要碳化硅的穩(wěn)定供應(yīng)。碳化硅的應(yīng)用需要考慮技術(shù)升級和市場效應(yīng)，在短時間內(nèi)不會完成對硅基IGBT的替代。

但隨著800V的出現(xiàn)，不僅僅是逆變器。汽車充電器、DC/DC轉(zhuǎn)換器和充電樁對SiC也有強烈的需求。預(yù)計SiC器件市場將從2021年的10億美元業(yè)務(wù)增長到2027年的60億美元以上。

 

 

800V電氣架構(gòu)升級是一個長期趨勢，SiC受益最大。其他部件順利升級，SiC器件也有望出現(xiàn)。最后，隨著補能基礎(chǔ)設(shè)施的實施，800V高壓架構(gòu)是最終的完整體，可以真正達到800V的元年。