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特約作者 / 陳慧志（業(yè)內(nèi)資深專家）
編輯 / 汽車之心
談到 800V，當(dāng)前車企主要宣傳 800V 快充平臺(tái)，消費(fèi)者潛意識(shí)里認(rèn)為 800V 就是快充系統(tǒng)。
實(shí)際上這個(gè)理解有些偏差。準(zhǔn)確地說(shuō)，800V 高壓快充只是 800V 系統(tǒng)的其中一個(gè)特征功能。
在這篇文章中，我準(zhǔn)備系統(tǒng)性地從五個(gè)維度向讀者展示一個(gè)較為完整的 800V 系統(tǒng)，包括：
1、什么是新能源車上的 800V 系統(tǒng)？
2、為什么會(huì)在當(dāng)下引入 800V？
3、800V 系統(tǒng)當(dāng)前可帶來(lái)哪些直觀收益?
4、當(dāng)前 800V 系統(tǒng)應(yīng)用的難點(diǎn)是什么？
5、未來(lái)可能的充電布局是什么樣的？
01、什么是新能源車上的 800V 系統(tǒng)？
高壓系統(tǒng)，包含高壓平臺(tái)上的所有高壓部件，如下圖為典型搭載水冷 400V 電壓平臺(tái)電池包的新能源純電車型高壓部件。
高壓系統(tǒng)的電壓平臺(tái)來(lái)源于車輛動(dòng)力電池包輸出電壓。
不同純電車型具體的電壓平臺(tái)范圍與各家的電池包串聯(lián)單體數(shù)，單體品類（三元，磷酸鐵鋰等）相關(guān)。
其中，三元電池包串聯(lián)單體數(shù) 100 串約是 400V 的高壓。
我們常說(shuō)的 400V 電壓平臺(tái)是一個(gè)寬泛的說(shuō)法，以 400V 平臺(tái)極氪 001 為例，其搭載的三元電池包從 100%SOC 到 0% SOC 時(shí)，其電壓變化寬度接近 100V（約 350V-450V）。
高壓電池包三維圖
當(dāng)前 400V 高壓平臺(tái)下，高壓系統(tǒng)所有零件及部件，均在 400V 電壓等級(jí)下工作，按照 400V 電壓等級(jí)進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)開發(fā)驗(yàn)證。
要實(shí)現(xiàn)全 800V 高壓平臺(tái)系統(tǒng)，首先在電池包電壓上，需要使用 800V 的電池包，對(duì)應(yīng)大約 200 個(gè)三元鋰電池單體串聯(lián)。
其次是電機(jī)，空調(diào)，充電機(jī)，DCDC 支持 800V 以及相關(guān)線束，高壓連接器等所有高壓回路上的其他零件按照 800V 要求設(shè)計(jì)、開發(fā)、驗(yàn)證。
在 800V 平臺(tái)架構(gòu)發(fā)展中，為了兼容市面上的 500V/750V 快充樁，相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間 800V 純電車會(huì)搭載 400V 轉(zhuǎn) 800V 升壓 DCDC 模塊。
其功能是根據(jù)實(shí)際充電樁電壓能力，適時(shí)決定是否激活升壓模塊給 800V 電池包充電。
根據(jù)性價(jià)比的搭配，大致有兩類形態(tài)：
一類是全 800V 平臺(tái)架構(gòu)。
此架構(gòu)中整車所有零件均為 800V 設(shè)計(jì)。
全 800V 高壓系統(tǒng)架構(gòu)
第二類是高性價(jià)比部分 800V 平臺(tái)架構(gòu)。
保留部分 400V 部件：由于當(dāng)前 800V 功率開關(guān)器件成本是 400V 級(jí) IGBT 的數(shù)倍，為了整車成本和驅(qū)動(dòng)效率的平衡，主機(jī)廠有動(dòng)力在關(guān)鍵必要的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上，使用 800V 部件（如電機(jī)），保留一部分 400V 零件（如電空調(diào)、DCDC）。
復(fù)用電機(jī)功率器件：由于充電過(guò)程中，不需要驅(qū)動(dòng)，對(duì)成本敏感的主機(jī)廠會(huì)復(fù)用后橋電機(jī)控制器中的功率器件用在 400V-800 升壓 DCDC 中。
為什么新能源汽車會(huì)在當(dāng)下引入 800V 系統(tǒng)？
當(dāng)前純電車型日常駕駛中，約 80% 電量消耗在驅(qū)動(dòng)電機(jī)中。
逆變器即電機(jī)控制器控制著電動(dòng)機(jī)，是汽車中的重要組件之一。
三合一電驅(qū)系統(tǒng)
在 Si IGBT 時(shí)代，800V 高壓平臺(tái)效率提升小，應(yīng)用動(dòng)力不足。
驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的效率損耗主要由電機(jī)本體損耗及逆變器損耗兩部分組成：
第一部分損耗--電機(jī)本體損耗：
- 銅損-電機(jī)定子繞組（銅線）上的發(fā)熱損失；
- 鐵損在電機(jī)使用磁力的系統(tǒng)中，因磁力的變化在電機(jī)的鐵（或鋁）的部分產(chǎn)生渦流而導(dǎo)致的熱損失（焦耳熱）；
- 雜散損耗歸結(jié)為電荷不規(guī)則流動(dòng)產(chǎn)生的損耗；
- 風(fēng)摩損耗。
如下某型 400V 扁線電機(jī)，最高效率可達(dá) 97%，400V 極氪 001 的威睿電機(jī)本體據(jù)稱最高效率可到 98%。
在 400V 階段已達(dá) 97-98% 的最高效率下，單純采用 800V 平臺(tái)，對(duì)電機(jī)本體損耗的降低空間有限。
第二部分損耗：電機(jī)逆變器損耗：
- 導(dǎo)通損耗；
- 開關(guān)損耗。
如下為本田 400V 平臺(tái) IGBT 電機(jī)逆變器效率 Map[1]。95% 以上高效區(qū)比例接近 50%。
從兩部分損耗現(xiàn)狀對(duì)比來(lái)看：
在電機(jī)本體損耗（>2%）與電機(jī)逆變器損耗 (>4%) 粗略對(duì)比中，逆變器損耗相對(duì)占大頭。
因此，汽車的續(xù)航里程與驅(qū)動(dòng)電機(jī)主逆變器的效率更為相關(guān)。
在第三代功率半導(dǎo)體 SiC MOSFET 成熟之前，新能源車功率部件如驅(qū)動(dòng)電機(jī)上使用 Si IGBT 作為逆變器的開關(guān)器件，配套耐壓等級(jí)主要為 650V 左右，更高耐壓等級(jí)的 IGBT 主要用于電網(wǎng)，電力機(jī)車等非消費(fèi)場(chǎng)合。
從可行性角度，新能源乘用車?yán)碚撋峡墒褂媚蛪旱燃?jí) 1200V 的 IGBT 作為 800V 電機(jī)控制器的功率開關(guān)，在 IGBT 時(shí)代即開發(fā) 800V 系統(tǒng)。
從性價(jià)比角度，800V 電壓平臺(tái)對(duì)電機(jī)本體效率提升有限，延續(xù)使用 1200V IGBT 對(duì)損耗占大頭的電機(jī)逆變器效率無(wú)提升，反而帶來(lái)一系列開發(fā)成本上升，大部分車企在 IGBT 時(shí)代沒(méi)有動(dòng)力應(yīng)用 800V 平臺(tái)。
到了 SiC MOSFET 時(shí)代，由于關(guān)鍵零件誕生，800V 系統(tǒng)的性能開始得到完善.
第三代半導(dǎo)體材料碳化硅功率器件問(wèn)世后，因其優(yōu)良特性得到了廣泛關(guān)注 [2]。其結(jié)合了高頻 Si MOSFET 和高壓 Si IGBT 的優(yōu)點(diǎn)：
- 工作頻率高-達(dá)到 MHz 級(jí)，調(diào)制自由度更高
- 耐壓性能好-高達(dá) 3000 kV，應(yīng)用場(chǎng)景廣
- 耐溫性能好-可穩(wěn)定運(yùn)行在 200℃的高溫下
- 集成體積小-較高的工作溫度減小了散熱器的體積和重量
- 運(yùn)行效率高-采用 SiC 功率器件由于損耗的降低，提高了電機(jī)逆變器等功率部件的效率。如下以 Smart 精靈為例，相同電壓平臺(tái)，道路阻力基本相同的條件下（重量/造型/胎寬幾乎無(wú)差別）均為威睿電機(jī)，使用 SiC 逆變器相比 IGBT 逆變器綜合效率提升約 3%。
注：逆變器效率的實(shí)際提升程度還與各家的硬件設(shè)計(jì)能力及軟件開發(fā)相關(guān)。
早期的 SiC 產(chǎn)品受到 SiC 晶圓生長(zhǎng)工藝和芯片加工能力限制，SiC MOSFET 的單芯片載流能力遠(yuǎn)低于 Si IGBT。
2016 年，日本某研究團(tuán)隊(duì)宣布成功研制了一款應(yīng)用 SiC 器件的高功率密度逆變器，后將成果發(fā)表在（日本電氣工程師學(xué)會(huì)電氣與電子工程匯刊）IEEJ[3]。當(dāng)時(shí)該逆變器的最大輸出功率為 35kW。
2021 年，隨著技術(shù)逐年進(jìn)步，量產(chǎn)耐壓 1200V 的 SiC MOSFET 載流能力上有了進(jìn)步，已經(jīng)看到了可以適配 200kW 以上功率的產(chǎn)品。
到了現(xiàn)在這個(gè)階段，這項(xiàng)技術(shù)開始在實(shí)車上應(yīng)用。
一方面是電力電子功率器件性能趨于理想。SiC 功率器件相對(duì) IGBT 更高的效率，可匹配 800V 平臺(tái)的耐壓能力（1200V），近年發(fā)展到 200kW 以上的功率能力的；
另一方面是 800V 高電壓平臺(tái)收益可見。電壓翻倍帶來(lái)整車充電功率上限更高，系統(tǒng)銅損更低，電機(jī)逆變器功率密度更高（表征上就是相同尺寸電機(jī)扭矩&功率更大）；
第三是新能源市場(chǎng)加大內(nèi)卷。消費(fèi)端對(duì)高續(xù)航里程、更快補(bǔ)能速度的追求，企業(yè)端迫切希望新能源市場(chǎng)打出動(dòng)力總成差異的差異；
以上因素最終帶來(lái)了這兩年新能源 800V 高壓平臺(tái)的大規(guī)模探索應(yīng)用。目前上市的 800V 平臺(tái)車型有小鵬 G9，保時(shí)捷 Taycan 等。
此外，上汽，極氪，路特斯，理想，天際汽車等車企也有相關(guān) 800V 車型準(zhǔn)備推向市場(chǎng)。
800V 系統(tǒng)當(dāng)前可帶來(lái)哪些直觀收益?
800V 系統(tǒng)從理論上可以列出很多優(yōu)點(diǎn)，我認(rèn)為對(duì)于當(dāng)下消費(fèi)者最直觀的收益主要是下面兩個(gè)。
一是續(xù)航更長(zhǎng)更實(shí)，這是最直觀的收益。
CLTC 工況百公里電耗層面，800V 系統(tǒng)帶來(lái)的收益（下圖為小鵬 G9 與寶馬 iX3 對(duì)比，G9 重量更大，車身更寬，輪胎更寬，均是電耗不利因素），保守估計(jì)有 5% 的提升。
高速工況下，800V 系統(tǒng)的能耗提升據(jù)稱更為明顯。
小鵬 G9 上市期間，廠家刻意引導(dǎo)媒體進(jìn)行高速續(xù)航測(cè)試，多家媒體反饋 800V 的小鵬 G9 高速續(xù)航達(dá)成率（高速續(xù)航/CLTC 續(xù)航*100%）較高。
實(shí)際節(jié)能效果如何，則需要后續(xù)市場(chǎng)的進(jìn)一步確認(rèn)。
二是充分發(fā)揮現(xiàn)有充電樁的能力。
400V 平臺(tái)的車型，在面對(duì) 120kW，180kW 充電樁時(shí)，充電速度幾乎相同。
（測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)自懂車帝）800V 平臺(tái)車型借助的直流升壓模塊，可以將未受電網(wǎng)功率限制的現(xiàn)有低電壓充電樁（200kW/750V/250A），直接打到滿功率的 750V/250A。
注：實(shí)際小鵬 G9 出于工程考慮實(shí)際滿電電壓在 800V 以下。
以示例樁舉例，同樣約 100 度電池包的小鵬 G9(800V 平臺(tái)) 充電功率是極氪 001(400V 平臺(tái)) 的接近 2 倍。
當(dāng)前 800V 系統(tǒng)應(yīng)用的難點(diǎn)是什么？
800V 應(yīng)用最大的難點(diǎn)依然是離不開成本。
這個(gè)成本分零部件成本和開發(fā)成本兩部分。
先來(lái)說(shuō)說(shuō)零部件成本。
高壓功率器件成本較高且用量大。全 800V 架構(gòu)整體 1200 耐壓高壓功率器件的設(shè)計(jì)使用超過(guò) 30 個(gè)，雙電機(jī)車型 SiC 至少 12 個(gè)。
截至 2021 年 9 月，100-A 分立式 SiC MOSFET（650 V 和 1,200 V）的零售價(jià)幾乎是等效 Si IGBT 價(jià)格的 3 倍。[4]
截至 2022 年 10 月 11 日，我了解到英飛凌兩款性能規(guī)格接近的 IGBT 與 SiC MOSFET 零售價(jià)格差在約 2.5 倍。(數(shù)據(jù)來(lái)源英飛凌官網(wǎng) 2022 年 10 月 11 日)
基于以上兩個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)源，基本可以認(rèn)為當(dāng)前市場(chǎng) SiC 為 IGBT 的約 3 倍價(jià)差。
其次是開發(fā)成本。
由于 800V 相關(guān)零件大部分需要重新設(shè)計(jì)驗(yàn)證，相比小迭代產(chǎn)品試驗(yàn)量更大。
400V 時(shí)代的試驗(yàn)設(shè)備將有一部分無(wú)法適用于 800V 產(chǎn)品，還需采購(gòu)新的試驗(yàn)設(shè)備。
最早一批使用 800V 新產(chǎn)品的主機(jī)廠通常需要分擔(dān)零部件供應(yīng)商更多的試驗(yàn)開發(fā)成本。
現(xiàn)階段主機(jī)廠為謹(jǐn)慎起見，會(huì)選擇老牌供應(yīng)商的 800V 產(chǎn)品，老牌供應(yīng)商的開發(fā)費(fèi)用會(huì)相對(duì)要的更高些。
根據(jù)某主機(jī)廠汽車工程師在 2021 年的預(yù)估，采用全 800V 架構(gòu)，雙電機(jī) 400kW 級(jí)別純電車，從 400V 升到 800V 系統(tǒng)，成本上升約 10000-20000 元之間。
第三是 800V 系統(tǒng)性價(jià)比低。
以純電客戶使用家庭充電樁為例，假定 0.5 元/kWh 充電成本及 20kWh/百公里的電耗（中大型 EV 車型高速巡航典型電耗），當(dāng)前 800V 系統(tǒng)上漲的成本可供該客戶駕駛 10-20 萬(wàn)公里。
在車輛生命周期中效率提升（基于高壓平臺(tái)和 SiC 的效率提升，筆者粗略預(yù)估 3-5% 效率收益）節(jié)省的能源費(fèi)用無(wú)法覆蓋車價(jià)的上漲。
還有就是 800V 車型有市場(chǎng)局限。
經(jīng)濟(jì)性層面 800V 平臺(tái)優(yōu)勢(shì)不明顯，因此適合對(duì)車輛性能有極致追求，對(duì)單車成本相對(duì)不敏感的高性能 B+/C 級(jí)車型。
這類車型，市場(chǎng)份額占比相對(duì)小。
根據(jù)乘聯(lián)會(huì)數(shù)據(jù)分解，2022 年 1 到 8 月，中國(guó)新能源汽車價(jià)格階層分析，20 萬(wàn)-30 萬(wàn)銷量占比 22%，30-40 萬(wàn)銷量占比 16%，40 萬(wàn)以上銷量占比 4%。
以 30 萬(wàn)車價(jià)為界，在 800V 零部件成本未明顯降低的時(shí)段里，800V 車型可占大約 20% 的市場(chǎng)份額。
第四，800V 零件供應(yīng)鏈不成熟。
800V 系統(tǒng)應(yīng)用需要原有高壓回路零件的重新開發(fā)。高電壓平臺(tái)電池，電驅(qū)動(dòng)，充電機(jī)，熱管理系統(tǒng)及零件，多數(shù) Tire1 和 Tire2 還處在開發(fā)階段無(wú)大規(guī)模量產(chǎn)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，主機(jī)廠可供應(yīng)商少，相對(duì)成熟產(chǎn)品容易因突發(fā)因素出現(xiàn)產(chǎn)能問(wèn)題。
第五，800V 零件市場(chǎng)驗(yàn)證不足。
800V 系統(tǒng)使用的全新開發(fā)產(chǎn)品多（電機(jī)逆變器，電機(jī)本體，電池，充電機(jī)+DCDC，高壓連接器，高壓空調(diào)等），需要驗(yàn)證電氣間隙、爬電距離、絕緣、EMC、散熱等。
當(dāng)前國(guó)內(nèi)新能源市場(chǎng)產(chǎn)品開發(fā)驗(yàn)證周期短（通常老牌合資企業(yè)新項(xiàng)目開發(fā)周期 5-6 年，現(xiàn)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)開發(fā)周期小于 3 年）同時(shí) 800V 產(chǎn)品實(shí)車市場(chǎng)檢驗(yàn)時(shí)間不足，后續(xù)面臨售后概率相對(duì)較高。
第六，800V 系統(tǒng)快充實(shí)際應(yīng)用價(jià)值不高。
車企在宣傳 250kW、480kW（800V）高功率超級(jí)快充時(shí)，通常宣傳充電樁在多少個(gè)城市鋪設(shè)，有意引導(dǎo)消費(fèi)者認(rèn)為購(gòu)車后可隨時(shí)享受這種體驗(yàn)，可現(xiàn)實(shí)沒(méi)那么美好。
主要有以下三方面制約：
（1）800V 充電樁待增加。
目前市場(chǎng)上較為常見的直流充電樁的電壓最大支持到 500V/750V，限制電流為 250A 的，無(wú)法充分發(fā)揮 800V 系統(tǒng)（300-400kW）的快充能力。
（2）800V 超充樁最大功率有約束條件。
以小鵬 S4 超充樁（高壓液冷）為例，最高充電能力 480kW/670A。因受電網(wǎng)容量限制，示范站只支持單車充電可發(fā)揮 800V 車型的最高充電功率，高峰期多車同時(shí)充電則會(huì)出現(xiàn)功率分流。
據(jù)供電專業(yè)人士舉例：東部沿海在校生人數(shù)超過(guò) 3000 的學(xué)校申請(qǐng)使用的是 600kVA 容量，按 80% 效率估計(jì)，大約可支持一臺(tái) 480kW 的 800V 超充樁。
（3）800V 超充樁投資成本偏高。
這涉及變壓器，樁，儲(chǔ)能等，實(shí)際成本據(jù)估計(jì)可能大于換電站，大規(guī)模鋪開可能性較低。
800V 超充只能錦上添花，那什么樣的充電設(shè)施布局可以提高充電體驗(yàn)?zāi)?
未來(lái)的充電設(shè)施布局想象
當(dāng)前整個(gè)國(guó)內(nèi)充電樁基礎(chǔ)設(shè)施上，車樁比（含公樁+私樁）仍然在約 3:1 的水平（基于 2021 年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)）。
隨著新能源汽車銷量的提升，解除消費(fèi)者的充電顧慮，需要車樁比提升，各種規(guī)格的快充樁慢充樁在目的地場(chǎng)景及快速補(bǔ)能場(chǎng)景，合理布局，才能對(duì)充電體驗(yàn)帶來(lái)改善，又可真正均衡電網(wǎng)負(fù)載。
首先是目的地充電，充電無(wú)需額外等待時(shí)間：
（1）小區(qū)停車位：大量建設(shè) 7kW 以內(nèi)共享有序慢充樁，油車優(yōu)先停非新能源車位，可滿足住戶需求，且鋪設(shè)成本相對(duì)較低，有序控制的方式亦可避免超出區(qū)域電網(wǎng)容量。
（2）商場(chǎng)/景區(qū)/工業(yè)園區(qū)/寫字樓/酒店等停車場(chǎng)：20kW 快充為輔、大量建設(shè) 7kW 慢充。開發(fā)端：慢充樁成本低，無(wú)擴(kuò)容成本；消費(fèi)端：避免快充短時(shí)間充滿電后，占位/挪車場(chǎng)景。
其次是快速補(bǔ)能，如何節(jié)省整體補(bǔ)能消耗時(shí)間：
（1）高速公路服務(wù)區(qū)：維持當(dāng)前快充數(shù)量，嚴(yán)格限制充電上限（如高峰 90%-85%），保證長(zhǎng)途駕駛車輛充電速度。
（2）主要城/鎮(zhèn)臨近高速公路口附近加油站：配置高功率快充，嚴(yán)格限制充電上限（如高峰 90%-85%），作為對(duì)高速服務(wù)區(qū)的補(bǔ)充，緊貼新能源用戶長(zhǎng)途駕駛需求，同時(shí)輻射城/鎮(zhèn)地面充電需求。
注：通常地面加油站配有 250kVA 的電容量，粗略可同時(shí)支持 2 個(gè) 100kW 的快充樁。
（3）城市加油站/露天停車場(chǎng)：配置高功率快充，限制充電上限。當(dāng)前中石油正在布局新能源領(lǐng)域的快充/換電設(shè)施，預(yù)計(jì)后續(xù)配建快充樁的加油站將越來(lái)越多。
注：加油站/露天停車場(chǎng)本身地理位置靠路邊及建筑特征較為明顯，方便充電客戶快速找到樁，快速離場(chǎng)。
寫在最后
800V 系統(tǒng)在當(dāng)下還面臨諸多成本上，技術(shù)上，基礎(chǔ)設(shè)施上的難點(diǎn)，這些困難是新能源汽車技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展、產(chǎn)業(yè)迭代的必經(jīng)之路，也是工程師、投資者、政策制定者各自發(fā)揮能量的舞臺(tái)。
中國(guó)車企，憑借快速高效的工程應(yīng)用能力，或許可以實(shí)現(xiàn) 800V 系統(tǒng)的大量快速應(yīng)用，在新能源汽車領(lǐng)域率先技術(shù)引領(lǐng)潮流。
中國(guó)這一屆消費(fèi)者也將率先享受到技術(shù)進(jìn)步帶來(lái)的優(yōu)質(zhì)車輛體驗(yàn)。不再像當(dāng)年燃油車時(shí)代，國(guó)內(nèi)消費(fèi)者買到的都是跨國(guó)車企的老車型，老技術(shù)或者技術(shù)閹割的產(chǎn)品。
參考資料：
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