934
“現(xiàn)階段，純電動整車和電池技術發(fā)展快了以后，充換電更加成為了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的短板。”這是中國電動汽車充電基礎設施促進聯(lián)盟理事長 董揚近年來不止一次公開發(fā)表的觀點。
回顧2021年十一假期，高速公路服務區(qū)電動汽車因為充電大排長龍的畫面深入人心，讓諸多電動汽車意向消費者轉頭購入燃油車。根據(jù)公開調研信息顯示，充電不便、續(xù)航里程短已成為困擾每一位消費者購買電動汽車的痛點。
在此背景下，自今年初開始，廣汽埃安、小鵬汽車相繼宣布可以實現(xiàn)充電5分鐘，續(xù)航200公里，以此打破當下消費者對于電動汽車充電、續(xù)航的焦慮。而所涉及的技術，無一例外都與800V平臺相關。
何為800V？
根據(jù)《Enabling Fast Charging:A Technology Gap Assessment》做的一項實驗：
在525英里（約合845公里）的旅程中，普通燃油車只需要加油一次，總耗時8小時23分鐘；
續(xù)航200英里（約合322公里）50kW的直充電動車需要充電四次，每次充電耗時40分鐘，旅途累計耗時10小時48分鐘；
續(xù)航300英里（約合483公里）120kW的直充電動車需要充電1次，每次充電耗時68分鐘，旅途累計耗時9小時16分鐘；
而續(xù)航300英里（約合483公里）400kW的直充電動車單次充電僅需23分鐘，旅途總計耗時8小時31分鐘，整體耗時不輸燃油車。
要知道的是，想要增加功率，無外乎增加電流或電壓這兩種方法?？呻娏鞯脑龃髸沓潆姌尅⑴啪€以及動力電池核心部件的熱損耗，顯然這并不是一個好的解決辦法，高電壓成為了首選。
而在相同功率下，800V電壓平臺較400V電壓的電流減半，反應到實車上所帶來的改變就是電池包充電熱量降低，且低成本、輕量化、EMC干擾的降低，以及效率和續(xù)航的提升，讓充電補能體驗無限接近燃油車的加油。
基于此，歐陽明高院士曾在多個場合呼吁，解決充電的后顧之憂，需要更大功率的快充技術，超級快充是大勢所趨，行業(yè)需要推進電動汽車采用800V甚至更高的電壓平臺架構。
事實上，早在兩年前保時捷Taycan就已上車800V電壓平臺，隨后奧迪、捷尼賽思等多家豪華品牌電動車宣布跟進。
在此背景下，業(yè)內人士認為，縮短補能時間是目前電動車升級的核心訴求之一，國內外整車廠爭相布局800V快充，將率先在高端車上配置，在短期內形成差異化競爭力。
體現(xiàn)到行業(yè)中，自2021年以來，比亞迪、極氪、東風嵐圖、廣汽埃安、北汽極狐、長安、長城以及小鵬汽車、理想汽車等多家車企相繼發(fā)布800V平臺架構或規(guī)劃。這其中，作為國內首款采用800V碳化硅平臺的小鵬G9將于年內上市，由此正式開啟我國800V架構落地元年。
升壓不是簡單數(shù)字更替
從字面來看，400V升800V高壓平臺不過是更改下數(shù)字，升高了整車電壓，但落地于技術開發(fā)與應用卻是一項“牽一發(fā)而動全身”的系統(tǒng)工程。
電壓平臺的升高，意味著核心三電系統(tǒng)以及空調壓縮機、DCDC（直流變壓器）、OBC（車載充電機）等部件都需在800V甚至更高電壓下正常工作，相關元器件的重新開發(fā)、電池模組安全性的提升以及半導體器件線路的改變都將帶來一個又一個難點。
“受限于800V高壓充電設備及車載高壓部件的影響，目前仍需兼容400V充電方案，電驅升壓和新增DCDC兩種方案有望率先推廣應用。”蓋世汽車研究院資深分析師如是認為。
以保時捷Taycan為例，動力電池、電驅動和高壓PTC均已支持800V高壓平臺，其他仍為傳統(tǒng)供電平臺，此外為兼容市面上主流充電樁，還增加了一個400V切換800V的升壓充電裝置。
聚焦于電驅動的發(fā)展趨勢，隨著人們對駕駛里程的要求越來越高，同時為了避免能源、動力和成本的浪費，整車廠對驅動系統(tǒng)的效率要求會越來越高。從整車層面來考慮，未來電驅動部件變得更小、更輕、更安靜、效率更高以及成本更低，而800V高壓電驅動剛好契合這一點。
正如開頭所說，400V升800V高壓平臺并非簡單的數(shù)字更替。上述分析師指出，當整車電壓平臺朝更高電壓發(fā)展時，電驅動系統(tǒng)的耐壓器件電壓也要隨之上升；另外，隨著電機高速化，電控的開關頻率同樣需要增加。在兩者共同要求下，耐壓等級高、開關頻率范圍寬的第三代功率半導體碳化硅的應用將成為關鍵。
以采埃孚即將于今年底在杭州工廠生產(chǎn)的800V三合一電驅動系統(tǒng)為例，相比于第一代400伏硅基電驅動，其重量減輕了25%，性能和效率分別提升了33%和11%。
采埃孚800V 三合一電驅動總成；圖片來源：采埃孚
技術雖好，可想要實現(xiàn)落地普及，尚有諸多挑戰(zhàn)，首當其沖便是成本?，F(xiàn)階段，碳化硅成本高于硅基IGBT 3-5倍，這也是緣何僅有高端車型采用800V高壓系統(tǒng)的重要原因。
“隨著SiC Mosfet的應用，其本身導通功耗由Si基IGBT的22W下降至10W；開關損耗則較Si基IGBT下降74%，體現(xiàn)到整車上將可帶來10%-15%的續(xù)航提升。”分析師分析認為，續(xù)航里程得以延長或可在保持續(xù)航里程相當?shù)那闆r下通過降低電池用量來降低成本。同時，得益于SiC耐高溫，冷卻系統(tǒng)也可進一步優(yōu)化，從而彌補當前SiC增加的成本差價。此外，伴隨未來SiC應用規(guī)模的擴大，其成本也將快速降低，以進入更為龐大的中低端汽車市場。
但要知道的是，成本亦不過是電驅動升壓過程中眾多問題之一。
為進一步提高電機功率密度，提高電機轉速已成為行業(yè)發(fā)展趨勢，目前18000轉已逐漸量產(chǎn)，未來將進一步朝20000轉甚至更高轉速發(fā)展，但電機的高速化將對散熱、軸承強度、高效、密封以及NVH提出更高要求。
其中針對散熱問題，傳統(tǒng)機殼水冷已逐漸難以滿足需求，由此越來越多企業(yè)加碼油冷電機的研發(fā)，如華為目前在應用的油冷電驅動產(chǎn)品，內部定子、轉子和減速器采用油冷方案，外殼體采用水冷散熱，通過熱交換器將冷卻油和冷卻水熱量交換，從而更好的實現(xiàn)冷卻性能。
OEM與第三方供應商共生
未來汽車電驅動化發(fā)展，已是必然趨勢，也正是基于電驅動這一技術的重要性以及對這一市場前景的看好，近年來，越來越多企業(yè)將目光投向該領域。根據(jù)中國汽車技術研究中心統(tǒng)計數(shù)據(jù)，至2020年底我國新能源汽車電驅動相關供應商便有200余家。
可若細究其玩家結構會發(fā)現(xiàn)，仍主要以OEM垂直整合配套占主要市場份額。就蓋世汽車研究院數(shù)據(jù)顯示，2022年前5月，在頭部電驅動系統(tǒng)配套企業(yè)中，弗迪動力、特斯拉位于前兩位，聯(lián)合蔚然動力等整車廠占比近半。
聚焦800V高電壓驅動系統(tǒng)，其首批產(chǎn)品量產(chǎn)時間基本與800V架構新車落地同頻。
除前文提及的采埃孚外，諸如博世、舍弗勒、博格華納、緯湃科技等國際零部件巨頭，以及華為、匯川技術、臻驅科技、方正電機國內頭部企業(yè)均啟動或已完成針對800V電驅動相關產(chǎn)品開發(fā)。這其中，采埃孚、匯川、方正、臻驅等企業(yè)相關產(chǎn)品將于2022年內展開量產(chǎn)，其余都將在2023年相繼落地。
這意味著，明后年將是中國汽車市場的800V電驅動大年。
可基于OEM垂直整合配套能力，以及第三方獨立供應商于800V電驅動領域的奮力向前，相較于某一家獨大的市場格局，共存共贏或才是未來主流趨勢。
“電驅動系統(tǒng)技術較為復雜，我們相信與具有一定垂直整合能力的OEM之間會有更多協(xié)同效應，然后形成更高的相互依存度，從而一直共存下去。”采埃孚電驅傳動技術事業(yè)部亞太區(qū)總裁 陳臻此前在接受蓋世汽車采訪時如是說。
事實上，在電驅動研發(fā)上，OEM與第三方獨立供應商均有其獨特優(yōu)勢。前者在于具備豐富的整車或零部件零部件研發(fā)制造經(jīng)驗，電機電控與整車的設計生產(chǎn)能夠達成較好的同步性和匹配性；后者則在于具有較強的研發(fā)、創(chuàng)新實力與電機電控批量化生產(chǎn)的經(jīng)驗。
但面對新能源電驅動這一資本密集、技術密集型行業(yè)，技術更新迭代快，想要保持技術、產(chǎn)品質量領先需保持高資本投入。面對800V平臺所帶來的扁線電機、油冷電機、高速電機以及高壓碳化硅電機等新技術的研發(fā)、應用，其需要的是高昂的資本、人力、物力投入。
其中包括產(chǎn)線更新所帶來的投資，其需要足夠高的產(chǎn)能利用率實現(xiàn)相關費用的攤銷。在此背景下，對于產(chǎn)銷量尚未成為頭部規(guī)模的OEM而言，有望釋放更多份額給到第三方供應商。
基于此，在被問及如何應對OEM垂直整合配套及本土企業(yè)的崛起時，陳臻坦言，“我們將之看作一種推動我們進步的動力，于采埃孚之類的跨國企業(yè)來說，我們必須加強本地化的投入，包括研發(fā)資源和供應鏈都需要做深度的本地化。”
而另一家外資巨頭舍弗勒，則選擇在2021年末同臻驅科技（上海）有限公司簽訂投資及戰(zhàn)略合作協(xié)議，借由雙方在新能源汽車動力總成、電機控制器與功率半導體等領域的技術優(yōu)勢，共同開發(fā)包括800V碳化硅電橋等電驅動總成產(chǎn)品，并計劃于2023年啟動首個試點項目的量產(chǎn)。
舍弗勒大中華區(qū)汽車科技事業(yè)部總裁陳相濱博士（左）與臻驅科技創(chuàng)始人、總經(jīng)理沈捷博士（右）簽署合作協(xié)議；圖片來源：舍弗勒
行業(yè)數(shù)據(jù)預測，未來2年是主機廠品牌向上的最佳時間窗口期，高端車型密集推出，軍備賽開啟。按照各車企規(guī)劃，國內市場中800V高壓平臺車型于今年內逐步上市，2023年密集投放，到2030年左右，800V平臺架構將成為主導技術?？梢灶A見的是，市場空間足夠大，高電壓電驅動相關企業(yè)亦在加速布局，定點、量產(chǎn)、合作、整合等消息或將在今年內高頻出現(xiàn)。
來源：蓋世汽車
作者：Garcia
