800V技术从豪车走向主流市场,高压不再是高端专属
摘要:“800V高压平台不一定局限于高端用户需求,这项技术本质上是为了充电更加快捷,而这也是每一个用户的基本诉求。”
“800V高压平台不一定局限于高端用户需求,这项技术本质上是为了充电更加快捷,而这也是每一个用户的基本诉求。”
正如阮鸥所言,近年来,为了解决电车充电慢和续航短的难题,越来越多车企开始推出800V高压平台。
已上市或即将上市的800V高压车型(来源:盖世汽车)
曾几何时,800V高压平台几乎是百万级豪车的独有配置,2019年,保时捷发布了全球第一款搭载800V高压平台的量产车型保时捷Taycan,售价为89.8万~183.8万;时隔4年,800V高压平台便已经在20万元级别的车型上落地。
前不久,上汽智己LS6搭载准900V高压平台上市,起售价22.99万元,最大工作电压高达875V,15分钟可补能500公里。在此之前,6月29日,同样搭载了800V高压平台的小鹏G6也以20.99万元的起售价开卖,直接将800V高压的价格拉下“神坛”。
不过,800V高压平台目前并没有完全“飞入寻常百姓家”,800V高压平台的技术架构和基础建设也还需不断完善,目前距离大范围普及800V高压平台还有很长一段路要走,但其发展的大体趋势并不会改变。
对此,盖世小编对800V高压平台的技术架构和发展痛点进行了梳理,并从中发现了800V高压技术对碳中和大趋势下汽车动力系统发展的重要意义。
诱发下一轮技术革命 800V高压架构成最新方向
那么,800V平台又是如何实现快速充电和节能的?
众所周知,800V高压系统的称呼源自整车电气角度,由于电动汽车靠电力驱动,因此电气系统成为电动汽车的核心系统,而电气系统又主要包括电驱、电控和电池三个方面。
从这个角度来看,800V高压系统包括三个方面,一是800V高压快充,主要从动力电池的充放电角度出发,可以实现快速充电;二是关键部位采用800V高压,比如电驱系统采用800V高压,电空调、逆变器等依旧采用400V电压;三是整车全域800V高压,即电驱、电控、电池等都支持800V高压运行。
需要注意的是,行业内目前所说的800V高压并不是指电气系统运行全时段都能够达到800V,而是一个平均值。当前主流电动汽车的整车电气系统电压范围一般为230V~450V,取中间值400V,统称为400V系统,当整车高压电气系统电压范围达到550~930V,取中间值800V,也就是我们所谓的800V系统。
关于800V高压快充,其技术原理主要是通过提高充电电压来提高充电功率。一般来说,在电池能量相同的情况下,如果要缩短充电时间,我们原则上有两条路径可以选择,一是提高电流,二是提高电压。
比亚迪双枪快充采用的便是提高电流的技术逻辑。不过,提高电流会导致充电接口和电缆发热,存在一些安全隐患,因此需要同时增加电阻,而增加电阻的办法就是加粗电缆横截面,比亚迪之所以采用双枪实际上就是为了降低单条电缆电阻,这种方法在实际操作中也会出现一些问题,比如电缆太粗导致操作不便。
相比较而言,提升充电电压则有更大的设计自由度,这也直接推动了400V电压平台向800V电压平台转换。目前来讲,提高电压也是行业内大多数玩家解决电动车充电慢问题的主要途径。
800V高压快充实际上指的是整车搭载一个800V电池组,可以支持800V级的充放电。不过,车上其他的电器件仍然采用400V电压,因此,我们需要在电池组和其他电器件之间增加一个额外的DCDC将800V电压降至400V。
800V高压电池组(来源:小鹏汽车)
如此一来,电池组放电时的电压可以达到800V,经过DCDC转换后接入其他部件的电压变为400V;充电的时候,800V电池组支持800V充电电压,可以在短时间内充满。
另外,这个800V电池组也可以是两个400V电池组通过智能串并联实现充电800V,放电400V,这种电池组在放电的情况下就不需要再额外增加一个DCDC。
实际上,目前大多数车企追求和实现的都只是800V高压快充,一方面因为800V高压快充解决的问题是消费者最关心的,另一方面也是因为实现800V高压快充的技术成本相对较少。
除了800V高压快充,800V高压平台的第二层表达是指电驱系统采用800V,其他零部件如电空调、逆变器等依旧采用400V。
800V高压电驱系统(来源:小鹏汽车)
电驱系统采用800V高压带来的好处是车辆动力性能更出色,能量损耗更低,也能间接解决续航问题,因此800V电驱系统的核心在于电动机,目前行业内大多采用8层扁线油冷电机来实现,比如小鹏G6便采用了纬湃科技提供的800V 8层扁线油冷电机定转子产品,长安启源更是搭载10层扁线油冷电机,电驱效率可达97.8%。
有了800V电池技术和800V电驱系统,全域800V高压也就容易达到了。全域800V高压指的是整车800V高压,包括电池、电驱、电控、电源和压缩机等都支持800V高压运行。
全域800V高压的最理想状态就是充电快、动力足、损耗低、续航长。可以说,800V高压技术一旦发展成熟,很有可能像涡轮增压机一样引发下一次汽车技术革命。
耐高压成技术痛点 碳化硅是解题关键
无论是800V高压快充,还是800V电驱系统,亦或是整车800V高压,其带来的优势已经非常明显了。但电气系统的电压实现从400V到800V的升级,背后也经历了诸多技术难题,其中最大的痛点便是耐高压。
具体来看,耐高压需要解决绝缘性和耐热性的问题,而要解决这两个问题,目前行业里有两个角度,一是电子元器件的材料,二是制作工艺。以电驱系统为例,行业目前主要采用的是800V 8层扁线油冷电机。
800V电机(含定转子)产品(来源:纬湃科技)
材料方面,此前的400V电压平台下,电气系统的各个电子元器件采用的IGBT绝缘栅双级型晶体管是由双极型三极管和 MOS绝缘栅型场效应管组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET 的⾼输⼊阻抗和 GTR 的低导通压降两⽅⾯的优点,而当前市场上主流的IGBT的原材料是硅,成本相对较低。
不过,随着800V高压的应用,IGBT电子器件已经无法承受800V乃至更高的电压接入,硅的绝缘性和散热性逐渐跟不上800V高压的发展,于是,业界开始寻找一种绝缘性更高的材料,也就是碳化硅。
碳化硅
基于碳化硅的固有材料特性,SiCMOSFET具有高耐压、低导通电阻、耐高频、耐高温4大特性优势,因此业界选择用碳化硅器件SiC MOSFET替代了传统硅基半导体器件Si-IGBT。虽然SiC-MOSFET与Si-IGBT相比耐压程度更高,且开关损耗低、效率高,但相对应的,其价格成本也高。
以逆变器功率模块为例,其工艺流程分为碳化硅粉末→碳化硅晶淀→碳化硅衬底→碳化硅外延→碳化硅晶圆→碳化硅芯片→碳化硅器件封装→碳化硅逆变器。
目前,制造6英寸碳化硅衬底的晶棒需要在2300℃的长晶炉中生长大约一周时间,能长到20mm左右的厚度。而且,由于碳化硅长晶时间长、属性硬脆的特性,碳化硅衬底的良率一直是困扰行业的问题。即使是全球行业龙头Wolfspeed,综合良率也只有70%。
从制作工艺上看,电机从此前的圆线到扁线,定子绕组所用的导线从多根细的圆线变成几根粗的矩形导线,其本身也因此有着体积小、效率高、导热强、温升低、噪音小的优势,而扁线电机绕组工艺还分为4层和8层两种,8层绕组工艺复杂度较大,但损耗比4层绕组小,温升值也比4层绕组高,所以要想耐高压,只能采用8层绕组扁线电机。
此外,与水冷电机相比,油冷电机的冷却效率更高,最大程度发挥电机的潜在效能,能够提高电机的功率密度以及转矩密度;绝缘性能更好,可以与绕组以及磁性材料接触,直接冷却热源、消除热点,冷却方式直接、干脆,且不导磁、不导电,不影响电机的电磁场特性。
除了电机,逆变器也是解决800V高压的重点,而逆变器的升级也是走的采用碳化硅材料这条路。
综合来看,碳化硅是解决800V高压系统的关键所在,但碳化硅的技术门槛极高,如果碳化硅技术发展不够成熟,那么如今各家车企吹得热乎朝天的800V高压平台也很难普及。
对此,彭鹏在此次论坛上指出,从800V高压平台的供应链本土化程度来看,目前可以基本实现部件级的国产化,但类似于碳化硅这样的功率器件,国产做的还不够,后面还需要进一步提升。
多家车企加速布局 价格打到20万还不够
近年来,国内外多家车企开始在800V高压平台上布局,而在今年,搭载800V高压平台的车型也步入了一个量产小高峰。
已上市或即将上市的800V高压车型(来源:盖世汽车)
目前,小鹏G6、智己LS6、合创V09已上市,接下来还有阿维塔12、问界M9、理想MEGA和极氪CS1E等多款车型,届时800V高压平台将在越来越多车型上落地。不过,根据这些车型的定位和已有的信息来看,其售价大多不会低于30万元。
之所以提到售价,主要是因为800V高压车型电气系统的成本较高,而一旦成本提上去,汽车整车价格也就相应被拔高。
市面上第一款搭载800V高压平台的车型保时捷Taycan的售价为89.80万~183.80万元,随后上市的现代loniq5当时的售价为3.70万~4.81万英镑(约合人民币33.24万~43.26万元),而路特斯ELETRE和奥迪GSe-tron G两款车型的售价均在100万元以上。
可以说,很长一段时间内,800V高压都是豪华车才能享有的配置,即使是小鹏发布的首款搭载800V高压平台的车型小鹏G9的价格也在30万元以上,小鹏G6的价格下探至20万~30万元已经非常劲爆了,也算是勉强把800V高压快充的门槛拉低了一些。
从售价上看,市场上的主流车型应该在20万元以下,目前还没有一款车型能够在这个价格区间就能有800V高压快充的配置。这主要也是因为主打平价车的比亚迪和吉利目前还未推出搭载800V平台的量产车型。
不过,比亚迪和吉利已经开始在800V高压平台上布局,比亚迪的e平台3.0和吉利SEA浩瀚平台都将支持800V高压技术,而小鹏汽车预计在明年推出一款15万元的A级车,不知道是否能够将800V高压平台的门槛再次降低。
另外,800V高压平台不仅需要在车端做文章,还需要在充电桩方面做更多布局,目前市面上的800V超级充电桩还比较少,要想真正普及还有很长一段路要走。
800V高压正引发新一轮汽车技术革命
随着新能源汽车市场的繁荣发展,补能成为越来越多用户关注的问题,从近两年的情况来看,已经有越来越多的车企在800V高压平台上布局,推出了一些搭载800V高压技术的车型,800V高压技术的发展正在不断走向成熟。
如果800V高压技术能够成功普及,那么新能源汽车将真正超越燃油汽车,引发新一轮的汽车技术革命。
责任编辑:苏城
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