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“現(xiàn)階段，純電動(dòng)整車(chē)和電池技術(shù)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(guó)電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟理事長(zhǎng) 董揚(yáng)近年來(lái)不止一次公開(kāi)發(fā)表的觀點(diǎn)。
回顧2021年十一假期，高速公路服務(wù)區(qū)電動(dòng)汽車(chē)因?yàn)槌潆姶笈砰L(zhǎng)龍的畫(huà)面深入人心，讓諸多電動(dòng)汽車(chē)意向消費(fèi)者轉(zhuǎn)頭購(gòu)入燃油車(chē)。根據(jù)公開(kāi)調(diào)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(fèi)者購(gòu)買(mǎi)電動(dòng)汽車(chē)的痛點(diǎn)。
在此背景下，自今年初開(kāi)始，廣汽埃安、小鵬汽車(chē)相繼宣布可以實(shí)現(xiàn)充電5分鐘，續(xù)航200公里，以此打破當(dāng)下消費(fèi)者對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)充電、續(xù)航的焦慮。而所涉及的技術(shù)，無(wú)一例外都與800V平臺(tái)相關(guān)。
何為800V？
根據(jù)《Enabling Fast Charging:A Technology Gap Assessment》做的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)：
在525英里（約合845公里）的旅程中，普通燃油車(chē)只需要加油一次，總耗時(shí)8小時(shí)23分鐘；
續(xù)航200英里（約合322公里）50kW的直充電動(dòng)車(chē)需要充電四次，每次充電耗時(shí)40分鐘，旅途累計(jì)耗時(shí)10小時(shí)48分鐘；
續(xù)航300英里（約合483公里）120kW的直充電動(dòng)車(chē)需要充電1次，每次充電耗時(shí)68分鐘，旅途累計(jì)耗時(shí)9小時(shí)16分鐘；
而續(xù)航300英里（約合483公里）400kW的直充電動(dòng)車(chē)單次充電僅需23分鐘，旅途總計(jì)耗時(shí)8小時(shí)31分鐘，整體耗時(shí)不輸燃油車(chē)。
要知道的是，想要增加功率，無(wú)外乎增加電流或電壓這兩種方法?？呻娏鞯脑龃髸?huì)帶來(lái)充電槍、排線以及動(dòng)力電池核心部件的熱損耗，顯然這并不是一個(gè)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(tái)較400V電壓的電流減半，反應(yīng)到實(shí)車(chē)上所帶來(lái)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(bǔ)能體驗(yàn)無(wú)限接近燃油車(chē)的加油。
基于此，歐陽(yáng)明高院士曾在多個(gè)場(chǎng)合呼吁，解決充電的后顧之憂，需要更大功率的快充技術(shù)，超級(jí)快充是大勢(shì)所趨，行業(yè)需要推進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)采用800V甚至更高的電壓平臺(tái)架構(gòu)。
事實(shí)上，早在兩年前保時(shí)捷Taycan就已上車(chē)800V電壓平臺(tái)，隨后奧迪、捷尼賽思等多家豪華品牌電動(dòng)車(chē)宣布跟進(jìn)。
在此背景下，業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，縮短補(bǔ)能時(shí)間是目前電動(dòng)車(chē)升級(jí)的核心訴求之一，國(guó)內(nèi)外整車(chē)廠爭(zhēng)相布局800V快充，將率先在高端車(chē)上配置，在短期內(nèi)形成差異化競(jìng)爭(zhēng)力。
體現(xiàn)到行業(yè)中，自2021年以來(lái)，比亞迪、極氪、東風(fēng)嵐圖、廣汽埃安、北汽極狐、長(zhǎng)安、長(zhǎng)城以及小鵬汽車(chē)、理想汽車(chē)等多家車(chē)企相繼發(fā)布800V平臺(tái)架構(gòu)或規(guī)劃。這其中，作為國(guó)內(nèi)首款采用800V碳化硅平臺(tái)的小鵬G9將于年內(nèi)上市，由此正式開(kāi)啟我國(guó)800V架構(gòu)落地元年。
升壓不是簡(jiǎn)單數(shù)字更替
從字面來(lái)看，400V升800V高壓平臺(tái)不過(guò)是更改下數(shù)字，升高了整車(chē)電壓，但落地于技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用卻是一項(xiàng)“牽一發(fā)而動(dòng)全身”的系統(tǒng)工程。
電壓平臺(tái)的升高，意味著核心三電系統(tǒng)以及空調(diào)壓縮機(jī)、DCDC（直流變壓器）、OBC（車(chē)載充電機(jī)）等部件都需在800V甚至更高電壓下正常工作，相關(guān)元器件的重新開(kāi)發(fā)、電池模組安全性的提升以及半導(dǎo)體器件線路的改變都將帶來(lái)一個(gè)又一個(gè)難點(diǎn)。
“受限于800V高壓充電設(shè)備及車(chē)載高壓部件的影響，目前仍需兼容400V充電方案，電驅(qū)升壓和新增DCDC兩種方案有望率先推廣應(yīng)用。”蓋世汽車(chē)研究院資深分析師如是認(rèn)為。
以保時(shí)捷Taycan為例，動(dòng)力電池、電驅(qū)動(dòng)和高壓PTC均已支持800V高壓平臺(tái)，其他仍為傳統(tǒng)供電平臺(tái)，此外為兼容市面上主流充電樁，還增加了一個(gè)400V切換800V的升壓充電裝置。
聚焦于電驅(qū)動(dòng)的發(fā)展趨勢(shì)，隨著人們對(duì)駕駛里程的要求越來(lái)越高，同時(shí)為了避免能源、動(dòng)力和成本的浪費(fèi)，整車(chē)廠對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率要求會(huì)越來(lái)越高。從整車(chē)層面來(lái)考慮，未來(lái)電驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)剛好契合這一點(diǎn)。
正如開(kāi)頭所說(shuō)，400V升800V高壓平臺(tái)并非簡(jiǎn)單的數(shù)字更替。上述分析師指出，當(dāng)整車(chē)電壓平臺(tái)朝更高電壓發(fā)展時(shí)，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的耐壓器件電壓也要隨之上升；另外，隨著電機(jī)高速化，電控的開(kāi)關(guān)頻率同樣需要增加。在兩者共同要求下，耐壓等級(jí)高、開(kāi)關(guān)頻率范圍寬的第三代功率半導(dǎo)體碳化硅的應(yīng)用將成為關(guān)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(qū)動(dòng)系統(tǒng)為例，相比于第一代400伏硅基電驅(qū)動(dòng)，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(qū)動(dòng)總成；圖片來(lái)源：采埃孚
技術(shù)雖好，可想要實(shí)現(xiàn)落地普及，尚有諸多挑戰(zhàn)，首當(dāng)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(chē)型采用800V高壓系統(tǒng)的重要原因。
“隨著SiC Mosfet的應(yīng)用，其本身導(dǎo)通功耗由Si基IGBT的22W下降至10W；開(kāi)關(guān)損耗則較Si基IGBT下降74%，體現(xiàn)到整車(chē)上將可帶來(lái)10%-15%的續(xù)航提升。”分析師分析認(rèn)為，續(xù)航里程得以延長(zhǎng)或可在保持續(xù)航里程相當(dāng)?shù)那闆r下通過(guò)降低電池用量來(lái)降低成本。同時(shí)，得益于SiC耐高溫，冷卻系統(tǒng)也可進(jìn)一步優(yōu)化，從而彌補(bǔ)當(dāng)前SiC增加的成本差價(jià)。此外，伴隨未來(lái)SiC應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大，其成本也將快速降低，以進(jìn)入更為龐大的中低端汽車(chē)市場(chǎng)。
但要知道的是，成本亦不過(guò)是電驅(qū)動(dòng)升壓過(guò)程中眾多問(wèn)題之一。
為進(jìn)一步提高電機(jī)功率密度，提高電機(jī)轉(zhuǎn)速已成為行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，目前18000轉(zhuǎn)已逐漸量產(chǎn)，未來(lái)將進(jìn)一步朝20000轉(zhuǎn)甚至更高轉(zhuǎn)速發(fā)展，但電機(jī)的高速化將對(duì)散熱、軸承強(qiáng)度、高效、密封以及NVH提出更高要求。
其中針對(duì)散熱問(wèn)題，傳統(tǒng)機(jī)殼水冷已逐漸難以滿足需求，由此越來(lái)越多企業(yè)加碼油冷電機(jī)的研發(fā)，如華為目前在應(yīng)用的油冷電驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品，內(nèi)部定子、轉(zhuǎn)子和減速器采用油冷方案，外殼體采用水冷散熱，通過(guò)熱交換器將冷卻油和冷卻水熱量交換，從而更好的實(shí)現(xiàn)冷卻性能。
OEM與第三方供應(yīng)商共生
未來(lái)汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)化發(fā)展，已是必然趨勢(shì)，也正是基于電驅(qū)動(dòng)這一技術(shù)的重要性以及對(duì)這一市場(chǎng)前景的看好，近年來(lái)，越來(lái)越多企業(yè)將目光投向該領(lǐng)域。根據(jù)中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，至2020年底我國(guó)新能源汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)相關(guān)供應(yīng)商便有200余家。
可若細(xì)究其玩家結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)現(xiàn)，仍主要以O(shè)EM垂直整合配套占主要市場(chǎng)份額。就蓋世汽車(chē)研究院數(shù)據(jù)顯示，2022年前5月，在頭部電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)配套企業(yè)中，弗迪動(dòng)力、特斯拉位于前兩位，聯(lián)合蔚然動(dòng)力等整車(chē)廠占比近半。
聚焦800V高電壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其首批產(chǎn)品量產(chǎn)時(shí)間基本與800V架構(gòu)新車(chē)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(guó)際零部件巨頭，以及華為、匯川技術(shù)、臻驅(qū)科技、方正電機(jī)國(guó)內(nèi)頭部企業(yè)均啟動(dòng)或已完成針對(duì)800V電驅(qū)動(dòng)相關(guān)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。這其中，采埃孚、匯川、方正、臻驅(qū)等企業(yè)相關(guān)產(chǎn)品將于2022年內(nèi)展開(kāi)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(guó)汽車(chē)市場(chǎng)的800V電驅(qū)動(dòng)大年。
可基于OEM垂直整合配套能力，以及第三方獨(dú)立供應(yīng)商于800V電驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的奮力向前，相較于某一家獨(dú)大的市場(chǎng)格局，共存共贏或才是未來(lái)主流趨勢(shì)。
“電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)較為復(fù)雜，我們相信與具有一定垂直整合能力的OEM之間會(huì)有更多協(xié)同效應(yīng)，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(qū)傳動(dòng)技術(shù)事業(yè)部亞太區(qū)總裁 陳臻此前在接受蓋世汽車(chē)采訪時(shí)如是說(shuō)。
事實(shí)上，在電驅(qū)動(dòng)研發(fā)上，OEM與第三方獨(dú)立供應(yīng)商均有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。前者在于具備豐富的整車(chē)或零部件零部件研發(fā)制造經(jīng)驗(yàn)，電機(jī)電控與整車(chē)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能夠達(dá)成較好的同步性和匹配性；后者則在于具有較強(qiáng)的研發(fā)、創(chuàng)新實(shí)力與電機(jī)電控批量化生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)。
但面對(duì)新能源電驅(qū)動(dòng)這一資本密集、技術(shù)密集型行業(yè)，技術(shù)更新迭代快，想要保持技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量領(lǐng)先需保持高資本投入。面對(duì)800V平臺(tái)所帶來(lái)的扁線電機(jī)、油冷電機(jī)、高速電機(jī)以及高壓碳化硅電機(jī)等新技術(shù)的研發(fā)、應(yīng)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(lái)的投資，其需要足夠高的產(chǎn)能利用率實(shí)現(xiàn)相關(guān)費(fèi)用的攤銷。在此背景下，對(duì)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(yīng)商。
基于此，在被問(wèn)及如何應(yīng)對(duì)OEM垂直整合配套及本土企業(yè)的崛起時(shí)，陳臻坦言，“我們將之看作一種推動(dòng)我們進(jìn)步的動(dòng)力，于采埃孚之類的跨國(guó)企業(yè)來(lái)說(shuō)，我們必須加強(qiáng)本地化的投入，包括研發(fā)資源和供應(yīng)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(qū)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(chē)動(dòng)力總成、電機(jī)控制器與功率半導(dǎo)體等領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，共同開(kāi)發(fā)包括800V碳化硅電橋等電驅(qū)動(dòng)總成產(chǎn)品，并計(jì)劃于2023年啟動(dòng)首個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目的量產(chǎn)。
舍弗勒大中華區(qū)汽車(chē)科技事業(yè)部總裁陳相濱博士（左）與臻驅(qū)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(lái)源：舍弗勒
行業(yè)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，未來(lái)2年是主機(jī)廠品牌向上的最佳時(shí)間窗口期，高端車(chē)型密集推出，軍備賽開(kāi)啟。按照各車(chē)企規(guī)劃，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中800V高壓平臺(tái)車(chē)型于今年內(nèi)逐步上市，2023年密集投放，到2030年左右，800V平臺(tái)架構(gòu)將成為主導(dǎo)技術(shù)?？梢灶A(yù)見(jiàn)的是，市場(chǎng)空間足夠大，高電壓電驅(qū)動(dòng)相關(guān)企業(yè)亦在加速布局，定點(diǎn)、量產(chǎn)、合作、整合等消息或?qū)⒃诮衲陜?nèi)高頻出現(xiàn)。
來(lái)源：蓋世汽車(chē)
作者：Garcia
