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電動車800V高壓平臺,中國能否後來居上?

由 觀察者網 發表于 體育2023-01-20

(文/潘昱辰 編輯/周遠方)

2019年9月,保時捷率先發布全球首款800V高壓平臺車型Taycan,在800V平臺的助力下,充電功率提升至350kW,將電池電量從5%充至80%僅需23分鐘,一時技驚四座。

然而,當時的800V供應鏈並沒有準備好。Taycan不得不同時使用800V和400V平臺,以空調壓縮機來說,由於當時市面上只有400V產品,保時捷不得不配備800V轉400V的轉化器用於供電,額外搭載一臺直流車載充電泵,將400V的充電樁輸出電壓升壓至800V後,再對電池進行充電。

今年8月,小鵬釋出G9國內首款基於800V高壓SiC平臺的量產車,國內比亞迪、吉利、長城、零跑等一眾車企也相繼在這兩年釋出800V技術的佈局規劃。

這背後,是中國電動汽車供應鏈的完善和成熟。

1月6日,美的新能源板塊的威靈汽車部件安慶新能源汽車零部件戰略新基地一期正式投產。計劃完成每年100萬臺電動壓縮機、120萬臺EPS轉向電機、20萬臺驅動電機的產量目標。其中,全球首款800V碳化矽(SiC)12000rpm高轉速電動壓縮機被威靈視為重點產品。此外,使用CO2環保冷媒的800V電動壓縮機、800V扁線油冷驅動電機等產品也將在今年進入量產階段。

“Taycan是全球第一款800V產品,但是他用的壓縮機是400V的,因為沒得選。”美的威靈總經理陳金濤在接受觀察者網採訪時表示,“800V壓縮機沒有這麼簡單,其核心痛點是要解決客戶快充時和正常行駛時的矛盾。”

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圖片來源:foothrottle

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隨著中國新能源汽車市場規模的極速膨脹,近一兩年800V技術同樣發生井噴式擴張,更被中國汽車工程學會列為2022年度的中國汽車技術十大趨勢之一。多家傳統車企也隨之釋出了800V技術的佈局規劃。

800V何以成為技術大趨勢?

充電慢、充電難,一直是影響著消費者選擇新能源汽車的核心因素。近年來,主機廠和電池供應商一直基於提升電池能量密度提升電動車續航里程,超過600km的純電動車已不再鮮見,然而,真正制約電動車的補能問題,仍未能得到根本性解決。

汽車充電功率的大小決定了充電時間的長短。根據電功率公式P=UI,若要提升功率,則需提升電流或電壓。

德邦證券研報認為,相比增大電流,增大電壓的方案更具優勢。除功率損耗更小、產生熱能相對較小外,高電壓方案在結構上僅需調整電芯串並聯的方式,而要增大電流則必需更大的電線橫截面,從而影響車輛佈線。

由此,為順應使用者的實際需求,搭載高電壓平臺的超級充電樁順勢誕生。在現時期普遍採用的400V電壓平臺上,目前功率最大的是特斯拉第三代超級充電樁,其最大功率達到250kW,充電5分鐘即可增加150km的續航里程。

特斯拉超級充電樁 圖片來源:視覺中國

而要將功率提升至更大,則需進一步提升電壓,800V高壓系統應運而生。

申港證券研報顯示,與400V平臺相比,在充電功率相同的情況下,800V高壓快充架構下的高壓線束直徑更小,相應成本更低,電池的散熱更少,熱管理的難度也較低,整體電池成本更優。此外根據研究機構Future eDrive Technologies的測算,800V平臺下電量達100kWh的電池,有望減重25kg。

不過作為剛剛起步的新興技術,800V平臺的推廣仍有諸多難題尚待克服。電壓的提升,意味著電池材料和零部件將面臨更大的壓力。在材料方面,過高的電壓將導致電極材料和電解液的穩定性降低;在電驅方面,高電壓會對絕緣能力、耐壓等級以及爬電距離帶來更大挑戰,進而影響零部件的設計和生產成本。

因此,為保證高壓平臺的正常運作,從400V升級到800V,主要是電池材料升級和零部件升級。

在此背景下,採用碳化矽(SiC)材料的第三代半導體逐漸登上舞臺。三安光電總經理陳昭亮指出,當前車規級IGBT的耐壓等級通常為600-750V,且尺寸偏大,對整車輕量化與電氣化不利;與之相比,SiC具有高耐壓、低導通損耗、低開關損耗等優點,應用於800V可以大幅提升電驅效率,降低整車能耗,具有不可替代的優勢。

目前,全球有超過20家汽車廠商在車載充電系統中使用SiC器件。除主逆變器外,車載充電器、DC/DC轉換器以及充電樁對SiC器件也有較強需求。

陳昭亮認為,隨著800V高壓平臺的推廣普及,將帶動SiC需求猛增。根據SiC半導體巨頭Wolfspeed的預測,到2026年,逆變器應用將佔汽車SiC器件市場的80%以上,是其中最為重要的應用領域。而根據歐洲知名半導體分析機構Yole的預測,到2027年,SiC器件市場將從2021年的10億美元規模,增長到60億美元以上。

化矽晶圓襯底 圖片來源:

天嶽先進

不過在汽車電子資深工程師朱玉龍看來,目前SiC的推廣應用仍存在兩方面痛點,其一是供應端的可靠性,其二則是價格問題。現階段,SiC器件的價格約為同級別IGBT的8倍以上。

申港證券研報則認為,目前SiC器件正開始進入範圍應用,在供求關係下價格確實較高,導致單車成本上漲。但另一方面,考慮到使用SiC器件的800V系統能夠增加汽車續航里程、降低電池成本,從而與本身的SiC成本相抵消之後,單車成本有所下降。從長期看,SiC器件的價格將逐漸下探。方面國內部分廠商已經成功布局SiC器件領域,國內廠商有可能實現彎道超車,實現國產化替代。

“新手

”能否後來居上?

總得來看,無論800V還是SiC器件的推廣應用,都離不開規模龐大的新能源汽車市場和補能設施佈局。而中國新能源汽車市場的體量優勢,有望成為800V技術“中國模式”後來居上的契機。

在政策與市場的雙重支援下,透過十餘年積累,中國已連續8年成為全球最大的新能源汽車市場。而根據中國充電聯盟釋出的2022年全國電動汽車充換電基礎設施執行情況,去年全年中國充電基礎設施增量為259。3萬臺,其中公共充電樁增量同比上漲91。6%。全年公共充電站增量為3。7萬座,保有量為11。1萬座。預計2023年將新增97。5萬臺公共充電樁。

這一系列宏觀優勢,為800V平臺等新興補能技術在中國的後來居上奠定了堅實的基礎。

近一兩年來,比亞迪、吉利、長城、小鵬、零跑等相繼釋出了800V技術的佈局規劃,並有多家車企將SiC器件應用於新車型中。如比亞迪自主研發的SiC模組,已經應用於漢EV等旗艦車型。

資料來源:申港證券研報

作為頭號製造業風口,新能源汽車市場的持續火熱,賽道本已十分擁擠,其中不乏來自其他領域的跨界選手。 剛剛奠基安慶工廠的美的威靈,就是其中之一。

與相對成熟的汽車供應鏈企業相比,美的威靈似乎只是新手。但在美的威靈總經理陳金濤看來,羅馬非一日建成,能夠量產12000rpm高轉速電動壓縮機這樣的產品,威靈汽車也絕非趕鴨子上架,而是提前幾年開始佈局規劃,並看到了行業發展的趨勢和客戶痛點所在。

陳金濤表示,800V壓縮機的核心痛點是解決客戶快充和客戶正常行駛矛盾的問題,威靈沒有采用大排量壓縮機來解決電池包製冷難題,而是透過提高轉速來達到壓縮機在超速時的製冷問題,從8600轉提高到12000轉,才能做到不影響使用者正常行駛時候的舒適性,也不影響整車重量以及安裝空間的要求。

當下,威靈的產品主要配套理想、小鵬、蔚來、高合、問界等市場主流電動車企業,壓縮機交付量達6萬多臺,且主要應用於25萬元以上的高階車型。但陳金濤坦言,威靈在10萬、15萬元價格區間的車型的佔有率還有所不足,因而今年需要不斷擴產新產品,從中高階客戶向量大面廣的客戶拓展。

目前,新能源汽車業務已被美的視為公司的“第二引擎”。除了新能源車核心部件外,美的新能源版圖還覆蓋了美的工業技術旗下的威靈汽車部件、合康新能、科陸電子,美的樓宇科技iBUILDING綜合能源數字化管理體系,美雲智數SCADA能源管理平臺等。

為提升新能源車核心零部件技術能力,除本次投產的威靈安慶基地外,威靈還在上海、安徽合肥、廣東順德、日本大阪和英國謝菲爾德大學佈局了研發中心與合作機構。

美的威靈安慶基地

片來源

:美的威靈

“在更多消費者的眼裡,美的是做家電的,是一個ToC品牌。我們既要維持家電行業的健康發展,同時要加大向ToB產業的轉型。”美的集團副總裁、美的工業技術總裁伏擁軍在接受採訪時表示,從家電行業跨界進入汽車行業,美的為團隊提出了非常高的要求。

“企業必須跨界。有百年的企業,沒有百年不變的產業。”他指出,全球大企業不會只在一條產業線或者一個領域去做。並且,如今的產業結構也與50年前完全不同,只有時代能決定怎樣的產業會有比較大的發展空間。

在傳統汽車領域,尤其是核心零部件,中外的差距還是非常大的。不管是中國主機廠還是供應鏈企業,都看到了新能源時代的機遇,中國的企業正在迎頭趕上。

“有技術難度,也有製造難度,這兩個難度合在一起,就是我們和國外的差距。”陳金濤說道,“在新能源領域,中國企業近年來不是小步快跑,而是大幅躍升。尤其在當前的國際環境下,國產化率提升的速度比很多人想像的要快的多。未來,無論是新能源車還是零部件,中國的出口都會快速提升,這也是大勢所趨。”

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