新能源汽车800V高压平台发展现状与建议

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　　摘要：新能源汽车800V高压平台是解决里程焦虑与充电慢的主流选择，国内外主流车企目前纷纷布局，有望在2025年实现推广普及，并带动碳化硅功率半导体需求猛增。但目前面临高压快充设施布局偏慢，部分基础关键技术急需突破，相关标准和验证体系有待完善，车规产品验证机会有待提高等问题。建议超前布局大功率快充网络规划建设，打造多种形式的共生体系，协同推进核心技术攻关，加强标准体系建设，通过产业协同助推国内相关零组件验证和规模商用，助力我国新能源汽车高质量发展。
　　关键词：新能源汽车，800V，碳化硅
　　01
　　产业现状
　　1。1800V高压平台是解决里程焦虑与充电慢的主流选择
　　新能源汽车推广普及过程中，面临续航里程短、充电难、充电慢的问题，车企的解决方案包括提升带电量、提高补能效率两种方式。通过增加电池容量提升带电量可以增加续航，但会导致边际成本和整车重量增加，提升空间有限。提高补能效率成为主流选择，解决方案有换电、大功率快充两种方式，换电方案的推广极度依赖于车企自建的换电体系，大规模推广成本和难度较高；大功率快充可通过加大电流或提升电压两种方式实现，但大电流会导致充电枪、线缆及动力电池核心部件等产生很高的热损失，其理论上限并不高〔1〕。通过提升系统电压来提高充电效率成主流选择，当系统电流保持不变时，将系统电压从400V提升到800V，充电功率会随着系统电压翻倍，充电时间会大大缩短，让充电补能体验无限接近于燃油车加油。根据小鹏即将发布的G9车型，可实现充电5分钟续航200公里〔2〕。
　　1。2国内外主流车企目前纷纷布局800V高压平台架构
　　得益于800V高压平台优异的快充特性，保时捷于2019年率先量产了800V高压平台的车型Taycan，并将最大充电功率提升到了350kW，800V高压平台被认为是未来电动车的主流方案，各家主机厂纷纷布局。国内方面，比亚迪是较早布局相关技术的厂商，将e平台旗下车型的电压提升至了600V以上，在汉EV上配备了自研的SiC功率器件。除了比亚迪外，小鹏汽车、广汽埃安、吉利极氪、理想汽车、北汽极狐、蔚来都布局快充技术与800V高压平台〔3〕，具体情况见图1〔4〕。
　　图1800V车企布局
　　1。3800V高压平台的普及对碳化硅功率半导体需求猛增
　　从400V提升到800V高压平台，电动汽车所有的高压元器件及管理系统都要提高标准，首当其冲的就是主逆变器。当前，主逆变器用的半导体器件是车规基IGBT，其耐压等级通常为600750V，该类器件物理尺寸相对偏大，对整车持续轻量化、电气化带来不便。与车硅级IGBT相比，碳化硅MOSFET具有高耐压、低导通损耗、低开关损耗等优点，应用于800V高压平台的电动汽车，可以大幅提升电驱效率，降低整车能耗，在新能源汽车800V高压平台应用中具有不可替代的优势，目前全球超过20家汽车厂商在车载充电系统中使用碳化硅功率器件。除了主逆变器外，车载充电器、DCDC转换器以及充电桩对SiC器件也有较强需求，800V高压平台的推广普及将带动SiC需求猛增〔5〕。根据Yole最新预测，预计到2027年，SiC器件市场将从2021年的10亿美元增长到60亿美元以上〔6〕。
　　1。4800V高压平台普及是个系统工程，预计要5年左右
　　800V高压平台的普及是个“牵一发而动全身”的系统工程，不仅涉及快速充电系统的建设布局，还需要开发适应高压平台的零部件。与高压系统直接连接的子系统部件，如动力电池系统、电机系统、电控系统、电源系统以及车内的空调压缩机、加热系统等，都需要提升耐压等级或者优化设计。所用的元器件及材料，如线缆、连接器、继电器、保险丝、电容、电阻、电感及功率半导体等耐压等级需提升至800V及以上，器件的封装材料也要有更高的对于绝缘、耐高温要求〔3〕。同时，整车集成技术也非常关键，这些高压部件需要有机结合在一起，并且能够协同工作，最后，还要建立使用于高压平台各部件新的测试标准。因此，800V高压平台的普及不可能一蹴而就，预计还需要5年左右。据彭博新能源财经预测，欧洲、美国和中国的快速充电桩份额将在2021年增至1，2025年增至28，2030年增至52〔7〕。
　　02
　　面临问题
　　2。1高压快充设施规划布局偏慢
　　充电桩设施建设是新能源汽车产业的重要组成部分，通常需要投入大量资金超前布局。800V电动车的推广需要建设更多的高压快速充电基础设施，但目前由于该技术刚刚兴起，超级快充基础设施还偏少。国内市场上已有的快速充电设施，主流充电功率介于120kW150kW，因此需要对充电桩进行规模改造，并对充电标准进行统一〔8〕。除需要对现有充电桩进行升级，极高的充电功率对电网是一次巨大挑战，800V高压平台能否大规模推广，还取决于电网的基建能力，因此对电网的改造也需要提前规划布局。随着800V新能源汽车数量的增长，充电基础设施规划布局偏慢，结构性供给不足的问题将日益凸显。
　　2。2基础关键核心技术急需突破
　　国内厂商在800V高电压平台方向上的进展并不落后，但800V高压平台推广普及需要车桩两端同时具备800V能力，还要电网配合增容，有许多基础关键技术急需突破：动力电池方面，4C以上充电倍率会极大地影响电池稳定性，需在BMS和电池材料电导率上进一步改善或做原创性技术突破〔9〕。电驱动系统方面，高速轴承、碳化硅MOS芯片等在性能与可靠性方面和国外差距还很大，而且价格优势也不明显。材料与器件方面，随着电压的提升，意外触电和漏电造成的后果愈发严重，在绝缘材料上也需要技术迭代升级。整车方面，新能源汽车800V高压平台在整车开发集成、整车与动力电池、电机的匹配技术等方面，仍然没有取得实质性进展，在800V系统可靠性和系统各部件之间的协同还需要沉淀和积累。
　　2。3相关标准和验证体系待完善
　　目前乘用车普遍使用400V，商用车普遍使用650V的电压等级，如果将系统电压提升至800V，甚至1000V以上，并实现大功率充电，对操作安全性的要求也将随之提高，相应电动汽车相关标准和验证体系需要重新修订或完善，包括电气安全、充电规格、器件的可靠性等〔10〕。同时，业界普遍缺乏碳化硅模块高温特性的标准评测方法和相关准则，碳化硅芯片、器件的测试方法与评价标准大部分仍借鉴Si器件，因失效机理有待进一步探明，测试方法有待完善。在车规测试平台方面，国内虽有部分测试机构和资源，但是大多不具备完整的车规测试能力，极少做过车规测试。
　　2。4车规产品验证机会有待提高
　　布局800V高压平台的车企为快速推出首发车型，当前仍倾向采购国外先进核心元器件，由此可能形成强绑定的供应链关系，导致国内同类产品失去机会。对于国内的部分核心元器件企业，对800V高压平台的技术要求和质量控制要求不清楚，对于汽车行业的通用要求和规范比较陌生，在质量控制，特别是一致性保证能力方面较为薄弱。同时，在汽车行业，如果核心元器件如果出现安全问题，相关企业将承担责任，支付包含产品更换、赔偿、罚款等各类支出〔11〕，对于资金实力相对较弱的中小企业而言，很可能因此而陷入困境，使众多厂商对做出进入车规级市场的选择慎之又慎。上述问题导致国内元器件上车验证机会较少。
　　03
　　思考建议
　　3。1强化顶层设计，超前布局大功率快充网络规划建设
　　大功率超快充电桩的建设不仅能缓解充电焦虑问题，也有助于让消费者优先选择800V新能源车，加速该类车型的渗透。各级主管部门应做好大功率快充网络规划建设，提前布局，不断完善大功率充电桩、充电站等基础设施建设。同时，结合城市整体规划，合理建设充电桩、充电站，最大限度地提升资源利用率。为推动新能源汽车基础设施建设在我国大规模的实施，建议成立专项基金，并吸引多方面投资，实现国家与社会资本共同合作，为新能源汽车产业发展提供充足的资金支持与基础设施支持。
　　3。2打造多种形式的共生体系，协同推进核心技术攻关
　　建议国家相关部门充分调研800V高压平台上下游，把握产业面临的核心问题和技术短板，以国内领先的整车厂和Tier1厂商为链主，构建产业链技术创新联合体，围绕800V共性技术、短板技术设立重大联合攻关专项，集聚最强创新资源，实现相关产品的突破和高端化升级。鼓励整车企业联合投入，通过对上游元器件企业持股打造产业共生体系，引导配套企业有针对性地开展研发制造。鼓励整车企业建立跨行业的创新应用联盟，支持联盟内整车、充电桩、元器件、材料等各个环节的企业开展针对800V特殊性要求的研发和产业化，形成产业链商业发展模式。
　　3。3加强标准体系建设，从规则遵循者向制定者转变
　　建议成立800V高压平台技术委员会，让整车、相关的零部件与材料类企业、科研院所等广泛参与，持续推进构筑800V高压平台标准体系，全面用于我国800V高压平台的检测认证工作。推动零组件企业按照汽车行业的要求建设质量体系，并帮助其提升一致性与可靠性能力，推进基于产品测试和质量审核双重要求的车规半导体产品认证，为汽车行业做质量背书。通过建立健全800V高压平台的标准体系和认证体系、为中国汽车产业平稳健康发展提供有力支撑，并努力从规则遵循着转向规则制定者。
　　3。4通过产业协同助推国内相关零组件验证和规模商用
　　挑选国内具有代表性的企业和产品，通过选定标准、设定检测和技术路线，尽快开展器件模块测试、系统搭载及整车平台验证的工作，以此来打通800V核心零部件的测试和上车的路径〔10〕。围绕800V高压出台产业引导政策，针对使用国产核心器件的整车企业开展“首台套”补贴等制度，带动产业链上游发展。加强整车企业、Tier1与相关零部件企业的联动，强化产业链上下游的耦合度，帮助国内核心元器件厂与Tier1、整车厂搭建合作桥梁，加速相关产品进入国产汽车供应链，实现市场竞争力的进一步提升。
　　作者简介：
　　陈东坡，北京三安光电有限公司副总经理；
　　陈昭亮，北京三安光电有限公司总经理。
　　参考文献
　　〔1〕车企推行800V高压平台的起因及发展现状
　　〔2〕小鹏旗舰SUVG9确认6月上市：充电5分钟续航200公里
　　〔3〕电动汽车的800V高压平台技术
　　〔4〕电动汽车800V电压平台产业解析
　　〔5〕碳化硅行业深度分析：SiC车规级应用渗透率加速提升
　　〔6〕电动汽车为什么要上800V？
　　〔7〕纯电动汽车为什么一定要上800V，仅是充电快？
　　〔8〕接近加油，800V成电动汽车标配，大功率快充如何普及
　　〔9〕800V高压平台给哪些行业带来了机遇和挑战？
　　〔10〕800V架构电动汽车极速充电设计挑战
　　〔11〕全球汽车半导体产业现状及对我国该产业发展的建议
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