2022 將為 800V 高壓快充元年

純電車型動力源是電機和電池, 傳統電動車電壓通常在 200-400V 之間. 400V 高壓系統通常包括: 電池, 電機, 電控, 充電機 (OBC), 高低壓轉換器  (DC/DC), 高壓控制盒 (PDU), 連接器及線束, 電機/電池熱管理相關零部件.

保時捷 Taycan 是首款 800V 高壓平台的量產車型, 已將最大充電功率提升至 350KW, 可以在大約 23 分鐘內, 把動力電池從 5%充至 80%, 相當於 300 公里的續航能力. 同等功率下,當電壓從 400V 提升到 800V 後, 工作電流將降低一半, 進而線束體積, 功率損耗均有下降.

新能源汽車普及過程中, 續航和充電速度是兩大短板. 解決方案包括: 提升帶電量, 提高補能效率. 提升帶電量能夠緩解續航問題, 但邊際效益遞減. 提高補能效率, 主流解決方案有兩種: 換電, 大功率快充. 換電技術的推廣極度依賴於車企自建的換電體系, 大規模推廣的成本及難度較高.

高電流低電壓 (400V) 充電：高電流推廣難度同樣較大. 根據焦耳定律當通電時間與電阻不變, 熱量與電流的二次方成正比, 大電流快充將大幅增加充電過程中的熱量. 特斯拉V3 超充樁峰值工作電流超過 600A, 需要使用更粗的線束, 同時對散熱技術要求更高.

高電壓 (800V) 低電流充電: 目前整車普遍使用 400V 架構, 切換 800V 架構能夠使充電時間減少一半. 保時捷 Taycan 是第一台量產的 800V 架構電動車; 小鵬最新發布的 G9 是中國首款基於 800V 高壓 SiC 平台的量產車, 可實現充電 5 分鐘, 續航 200 公里.

800V 架構使整車具有更高的效率. 800V 電壓平台推出後, 相較於 400V 平台, 工作電流更小, 進而節省線束體積, 降低電路內阻損耗, 變相提升了功率密度和能量使用效率. 在功率不變前提下, 我們預計 800V 平台的推出, 續航里程將增加 10%, 充電速度將提升一倍以上.

800V 平台架構, 需要對電氣系統零部件重新驗證, 對功率器件的耐壓, 損耗, 抗熱的要求更高. SiC 材料在相關性能上較矽基材料表現更優異, 有望迎來大規模普及. 考慮供應安全和成本, 國產 SiC 器件具備彎道超車的潛力.

2023-2025 年或是 800V 產業爆發期, 建議關注: 電機電控 (含功率半導體), OBC+DC/DC, 連接器及線束細分領域. 2021-2023 年中國 800V 產業從無到有, 2023-2025 年 CAGR 有望超過 70% (爆發增長), 2025-2030 年 CAGR 約為 20% (穩步增長).

目前車規級的功率半導體主要是矽基 IGBT, 應用於新能源汽車電動控制系統, 車載空調系統, 充電樁逆變器三個子系統中, 車內 IGBT 約占整車成本的 7%-10%, 是除電池以外成本第二高的元件. 400V 平台架構升級至 800V 平台對功率半導體提出了更苛刻的要求.

在 450V 直流母線電壓下, IGBT 承受的最大電壓在 650V 左右; 在 800V 以上直流母線電壓下, 功率器件耐壓需要提高到 1200V 以上. SiC 在導通損耗, 開關損耗表現方面優於 IGBT, 在 400V 母線電壓下, 應用 1200V SiC 的整車損耗較 750V 的 IGBT 降低 6.9%; 若電壓升至 800V, 整車損耗將進一步降低 7.6%.

在高電壓快充方案下, 盡管在相同充電功率情況下電流增加幅度較大電流方案要小, 但大功率快充需要電壓, 電流同增, 因此發熱量增加, 對功率器件抗高溫能力也提出更高的要求. SiC 理論上能夠在遠超 175℃ 高溫的正常工作, 較矽基 IGBT 更加適應未來 800V 平台架構的發展.