全域800V架構(gòu):在行業(yè)亂象的荊棘中的花朵
在燃油車時代,加滿油箱只需5分鐘;而在電動車領(lǐng)域,全域800V高壓架構(gòu)正讓這個理想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。這項(xiàng)看似簡單的電壓升級,實(shí)則是電氣工程領(lǐng)域的系統(tǒng)性革新—— 它將傳統(tǒng)400V系統(tǒng)的電壓翻倍,通過碳化硅(SiC)功率器件重構(gòu)電驅(qū)系統(tǒng),讓電流在更細(xì)的線纜中以更小的損耗疾馳。
提到最早的800V架構(gòu),應(yīng)該是由2019年由保時捷推出的電動轎跑Taycan,其首次將800V技術(shù)帶入量產(chǎn)車,實(shí)現(xiàn)了22.5分鐘充滿80%電量的突破。說到這里,應(yīng)該會有讀者認(rèn)為,為什么不是比亞迪呢?比亞迪在2015年就發(fā)布了自己的800V架構(gòu)的量產(chǎn)車型,這不是比保時捷要早得多?我們先按下不表,文章的后面會給出筆者的觀點(diǎn)。
從充電角度看,功率=電壓×電流(P=UI),提高電壓能在電流不變的情況下增加充電功率,實(shí)現(xiàn)更快充電。像上文提到的保時捷Taycan,憑借800V架構(gòu),僅需22.5分鐘就能將93.4kWh電池從5%充到80%,即使放到今天,其充電速度依舊名列前茅。對比大電流快充方案,高壓快充更具優(yōu)勢。因?yàn)榻饘賹?dǎo)體發(fā)熱功率=電流的平方×電阻(P=I2R),大電流會導(dǎo)致電池和線束發(fā)熱量劇增,增加熱失控風(fēng)險,而提高電壓則可避免此問題,既保障了充電安全,又提升了效率。
在電機(jī)設(shè)計(jì)上,高壓平臺同樣大有裨益。比亞迪研究發(fā)現(xiàn),同等功率下,高壓平臺電機(jī)體積更小,功率密度更高。這意味著在滿足動力需求的同時,可降低成本,優(yōu)化車內(nèi)空間布局。此外,高壓系統(tǒng)還能降低電流需求,進(jìn)而減少電池和線束的發(fā)熱量,降低電損和熱管理成本。并且,電流減小后,導(dǎo)線可更細(xì),線束布置更方便、成本更低,這對于車輛整體設(shè)計(jì)和生產(chǎn)都有積極意義。
新能源汽車發(fā)展初期,受限于電池能量密度和充電設(shè)施,400V架構(gòu)足以滿足需求。但隨著技術(shù)進(jìn)步和消費(fèi)者期望的提升,市場對電動車提出了更高要求。
中國市場BEV車型電壓結(jié)構(gòu)
消費(fèi)者渴望更長續(xù)航和更快充電速度,以解決 “里程焦慮”問題,這對電池和充電技術(shù)提出了挑戰(zhàn)。而800V架構(gòu)恰好能在提升充電功率的同時,避免大電流帶來的熱和電損問題,成為理想解決方案。車企為了在競爭中脫穎而出,也積極采用800V架構(gòu),以提升產(chǎn)品性能和吸引力。保時捷 Taycan 作為首款 全域800V高壓純電車型,其成功讓行業(yè)看到了全域800V架構(gòu)的潛力,推動了該技術(shù)在高端市場的應(yīng)用。
2010-2030中國新能源汽車高壓架構(gòu)與充電倍率
也就正是因?yàn)橄M(fèi)者對于800V架構(gòu)平臺的需求,但好巧不巧行業(yè)內(nèi)對于800V架構(gòu)沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),直接導(dǎo)致了我們今天新能源汽車市場上的800V架構(gòu)亂象。下面,筆者就來嘗試分析一下我們開篇的疑問,為什么2015年的比亞迪不能算首款800V架構(gòu)量產(chǎn)車呢?
800V架構(gòu)對于消費(fèi)者來說,最直觀的體驗(yàn)就是充電速度的提升,因此,有些車企會在營銷時估計(jì)混淆電壓和充電速度的關(guān)系,直接用“充電截止電壓”來說事,這就更有利于向800V靠攏。這里是就要提到早期的比亞迪了,在2015年的宣傳中,比亞迪就是用2015款秦EV的充電截止電壓能達(dá)到752.4V,2015款唐DM能達(dá)到820V作為標(biāo)定來劃定自己是800V架構(gòu)的。
為什么不能這樣呢?因?yàn)樵诠P者看來,充電截止電壓的參考價值確實(shí)有限。充電截止電壓雖數(shù)值高,但在達(dá)到此電壓時,充電功率已接近最低值,此時電池基本充滿,剩余充電量極少,繼續(xù)充電時間很短且功率低,所以單純看數(shù)值意義不大。
由于比亞迪刀片電池的電流局限性,盡管已達(dá)到800V標(biāo)準(zhǔn),但充電倍率只有1.5C,與現(xiàn)在一些“真800V”車型相比,后者的充電效率能達(dá)到4.5 C, 最高充電功率500kW,是刀片電池的3倍。所謂的800V架構(gòu),而充電效率絲毫沒有提升,是不是不能算是真正的800V呢?
也不單單是比亞迪,由于上文說過800V這個概念整個行業(yè)目前都沒有明確標(biāo)準(zhǔn),因此,各個車企都是“八仙過海,各顯其能”。
既然充電速度是消費(fèi)者對于800V平臺最直觀的感受,那就只在這個指標(biāo)發(fā)力就好了,就比如基于400V平臺的電動悍馬HUMMER EV,其搭載的動力電池具備一項(xiàng)獨(dú)特功能,能夠地在400V和800V之間切換。當(dāng)車輛接入800V超充充電樁進(jìn)行充電時,電池組會自動切換到串聯(lián)模式,使充電電壓提升至800V,由此提高充電功率,縮短充電時間,實(shí)現(xiàn)更高效的能量補(bǔ)充。
而在正常驅(qū)動車輛行駛時,電池組又會切換回并聯(lián)模式,向電機(jī)輸出400 V 的穩(wěn)定電壓,確保車輛動力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。但你能說它是800V架構(gòu)的車輛嗎?顯然不能。
前面談到了這么多800V架構(gòu)的“亂象”,本質(zhì)原因就是一個:沒有通用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),因此各家的“800V”也是魚龍混雜。在這里筆者也想給自己心中的800V架構(gòu),擬定一個標(biāo)準(zhǔn):首先,一定是要全域800V架構(gòu),也就是三電、空調(diào)壓縮機(jī)、DCDC(直流變壓器)、OBC(車載充電機(jī))等高壓系統(tǒng)部件全域都使用碳化硅,最大電壓也要超過800V。其次,就是充電速度一定要大于4C。
縱觀目前的新能源汽車市場,無論行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是否模糊,如今的新車都有越來越快的充電效率、更低的電耗和更好的安全性,都是全域800V架構(gòu)正在逐步在“黑暗中”默默革新新能源汽車市場的證據(jù)。隨著國內(nèi)汽車行業(yè)的競爭加劇,真正符合普遍共識標(biāo)準(zhǔn)的800V架構(gòu)正在引領(lǐng)技術(shù)革命。
蓋世汽車研究院乘用車電氣化配置數(shù)據(jù)庫顯示,2022年,800V高壓細(xì)分市場中,價格在25~30萬的車型占比最高,達(dá)到55%;2023年,40~50 萬、25~30萬價格段的車型占比最高,分別為27%與25%;而到了2024年1~10 月,800V高壓車型在15~20萬價格段的車型占比快速提升至21%,主要為比亞迪、零跑、極狐等品牌推出的800V架構(gòu)平價車型。這表明800V架構(gòu)正逐漸從高端市場向中低端市場滲透,其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。
從終端銷量來看,2022年,800V高壓技術(shù)在新能源汽車市場中還處于起步階段,市場滲透率僅為2.5%,終端銷量為12.9萬輛;2023年,車企加大對800V高壓技術(shù)的投入與布局,市場滲透率提升至4.4%,終端銷量增長到32.1萬輛;而到了2024年,滲透率達(dá)到8.4%,終端銷量翻番,高達(dá)66.8萬輛。從車型數(shù)量來看,2022年國內(nèi)市場推出的800V高壓車型數(shù)量為13款;2023年增加到37款;而2024年,車型數(shù)量已經(jīng)超過72款。
新勢力、自主、合資主流車企均已布局高壓平臺架構(gòu),包括特斯拉、賽力斯問界、小鵬,比亞迪、極氪、埃安、極狐、阿維塔,奔馳、寶馬、奧迪等。隨著越來越多的車企布局800V高壓平臺架構(gòu),技術(shù)成熟度不斷提高,同時由于規(guī)模效應(yīng),成本逐漸降低,質(zhì)量也更加穩(wěn)定,為全域800V高壓平臺大規(guī)模上車提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
目前,市場上的 全域800V架構(gòu)車型呈現(xiàn)出多樣化的發(fā)展態(tài)勢,不同車企在不同價格段和細(xì)分市場中都有布局。在高端市場,保時捷Taycan、極氪001等車型憑借卓越的性能和充電效率,吸引了追求極致駕駛體驗(yàn)的高端消費(fèi)者,成為品牌競爭力的重要體現(xiàn)。在中端市場,15~20萬價格段的全域800V高壓車型占比快速提升至21%,這主要得益于比亞迪、零跑、極狐等品牌推出的平價車型。這些車型在滿足消費(fèi)者對全域800V架構(gòu)優(yōu)勢需求的同時,以更親民的價格提升了市場競爭力,推動了全域800V架構(gòu)在大眾消費(fèi)市場的普及。
從車企的市場布局來看,自主品牌推出的車型中,應(yīng)用全域800V技術(shù)的比例更高。例如,極氪汽車達(dá)到86%,阿維塔科技達(dá)到85%,騰勢汽車達(dá)到80%。這些車企通過積極布局全域800V架構(gòu),提升產(chǎn)品性能和競爭力,滿足了消費(fèi)者對新能源汽車更高性能和更長續(xù)航的需求,增強(qiáng)了品牌在新能源汽車市場的影響力。
目前,除了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)定義問題之外,全域800V還面臨著很多嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
首先是成本方面,目前碳化硅(SiC)功率器件的成本是傳統(tǒng)硅基IGBT的3倍左右,增加了車企的研發(fā)和生產(chǎn)成本。而且,對于單一車企來說,增加成本的同時,帶來的優(yōu)勢對于普通消費(fèi)者的感知,也并不明顯,無法帶來直觀的銷量。800V架構(gòu)所帶來的極致的加速能力,普通人用不到;10%左右的百公里電耗優(yōu)勢,換算成電費(fèi),可能只差幾塊錢,也讓很多消費(fèi)者覺得無所謂;只剩下充電速度,最容易被感知。但是,車企也可以靠串并聯(lián)電池、升壓充電等方式來解決。
其次,充電基礎(chǔ)設(shè)施是制約800V架構(gòu)應(yīng)用的關(guān)鍵因素。目前市面上90%的快充樁仍是400V標(biāo)準(zhǔn),800V車在使用這些充電樁時,系統(tǒng)會自動降級到400V模式,充電速度大打折扣。雖然華為、寧德時代等企業(yè)正在加速布局超充網(wǎng)絡(luò),但短期內(nèi)充電樁的不足仍限制了800V架構(gòu)的優(yōu)勢發(fā)揮。此外,高功率快充可能導(dǎo)致電池過熱,影響壽命。
縱使面臨種種困難,我們就放棄向更高電壓的平臺邁進(jìn)了嗎?肯定不能,如果10%的節(jié)能難以感知,那隨著全域800V架構(gòu)的發(fā)展,未來的節(jié)能成績可能會來到15%、20%乃至更高;充電速度也有可能隨著800V架構(gòu)的成熟、倒逼高壓充電樁網(wǎng)絡(luò)的建設(shè),讓電動汽車的充電速度一步步向油車加油速度靠近,徹底終結(jié)續(xù)航焦慮。不積跬步,無以至千里。
展望未來,隨著技術(shù)的不斷成熟和成本的降低,800V架構(gòu)有望在新能源汽車領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。預(yù)計(jì)到2025年,高壓800V市場份額將提升至15%。隨著越來越多的車企布局800V架構(gòu),技術(shù)成本將持續(xù)下降,為800V架構(gòu)的普及奠定基礎(chǔ)。同時,充電基礎(chǔ)設(shè)施也將不斷完善,華為的600kW液冷超充樁有望覆蓋全國核心城市,寧德時代也在推超600kW神行超充電池,為800V架構(gòu)的發(fā)展提供有力支撐,加之今年比亞迪所展示的兆瓦閃充技術(shù),讓我們看到了比亞迪一步步從“電比油低”,到“油電同速”到技術(shù)可能。
在技術(shù)發(fā)展方面,800V架構(gòu)將與碳化硅等寬禁帶半導(dǎo)體材料、智能電池管理系統(tǒng)、高壓電氣安全技術(shù)等不斷創(chuàng)新和完善相結(jié)合,進(jìn)一步提升其性能和效率,為消費(fèi)者帶來更優(yōu)質(zhì)、更安全的駕駛體驗(yàn)。此外,隨著車企自研自制高壓電驅(qū)動、動力電池的能力不斷提升,以比亞迪、吉利為代表的車企采取垂直產(chǎn)業(yè)鏈模式,構(gòu)筑電氣化領(lǐng)域核心能力,將有助于800V高壓技術(shù)的快速普及,推動新能源汽車行業(yè)的快速發(fā)展。
對于消費(fèi)者而言,未來將有更多高性價比的800V高壓平臺汽車產(chǎn)品推向市場,消費(fèi)者將在購車選擇中暢享技術(shù)進(jìn)步帶來的紅利,擁有更為優(yōu)質(zhì)、高效的出行體驗(yàn)。在市場競爭日益激烈的情況下,各車企應(yīng)緊緊把握這一技術(shù)浪潮,在研發(fā)、生產(chǎn)與市場推廣等多環(huán)節(jié)協(xié)同發(fā)力,以在競爭中搶占先機(jī),推動新能源汽車市場的持續(xù)發(fā)展和創(chuàng)新,為消費(fèi)者創(chuàng)造更多價值,為行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展注入新的動力。
(本文來源于《EEPW》202505)
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