2024年車載800V高壓平臺產(chǎn)業(yè)研究:800V推動超快充與能耗革命成為純電發(fā)展分水嶺,引發(fā)產(chǎn)業(yè)空間全面升級

2024年車載800V高壓平臺產(chǎn)業(yè)研究:800V推動超快充與能耗革命成為純電發(fā)展分水嶺,引發(fā)產(chǎn)業(yè)空間全面升級

linwanting 2025-03-23 微博 1 次瀏覽 0個評論

1.1. “800V”是提升快充速度、降低能耗、減少續(xù)航焦慮的有效 手段

800V 高壓平臺指整車高壓電氣系統(tǒng)電壓范圍在 550-930V 區(qū)間的系統(tǒng), 是提升電動汽車補能效率、能耗表現(xiàn)的解決方案。在新能源汽車普及過 程中,續(xù)航和補能效率是兩大難題,目前已有提升補能效率、解決補能 焦慮的方式主要有以蔚來為代表的換電模式、以特斯拉為代表的大電流 充電模式和以保時捷等為代表的大電壓充電模式。

對于充電補能的電動車而言,充電速度的提升本質(zhì)上即為提高充電功率, 提升快充功率主要通過提升電壓和電流來實現(xiàn)。在新能源車充電過程中, 充入的電量——總功(W)為充電功率(P)和時間的乘積,即 W=P×t, 在電池容量(總功 W)相同的情況下,若想縮短充電時間需要提升充電 功率。而根據(jù)功率公式 P=U×I,提升電功率 P 可通過提升電壓 U 或提升 電流 I 來實現(xiàn)。 增大電流將帶來散熱安全和充電損耗問題。400V 架構下要達到 300 kW 的超快充功率需要將電流提升至 750A。但電流增大會帶來充電安全問 題:根據(jù)焦耳定律 Q=I²Rt,電阻 R 不變時,電流的平方與電流通過導體 產(chǎn)生的熱量成正比,即在相同時間 t 內(nèi)電流 I 每提升一倍,產(chǎn)生的熱量 Q 為四倍,大電流方案勢必對充電設備和電池散熱產(chǎn)生巨大壓力。 大量發(fā)熱還會造成能量損失,損害快充經(jīng)濟性。充電電流在超快充領域 的提升潛力有限。因此在當前新能源車 400V 架構下,普遍峰值功率為100 kW,對應 250A 電流、在 20%-80% SOC(State of Charge,充電狀 態(tài))快充區(qū)間的充電時間約為 30 分鐘和 1C 的充放電倍率。 提高充電電壓是實現(xiàn)超快充的重要思路。若提升電壓至 800V,即便在保 持國標上限 250A電流的非 800V普通快充樁下,即可實現(xiàn)接近 200 kW、 2C 充放電倍率的快充,獲得較普通 400V 平臺多一倍的充電功率。對于 一款 700 km 續(xù)航的電車而言,800V 平臺可實現(xiàn)充電 15 分鐘續(xù)航近 400 km 的體驗,續(xù)航焦慮較 400V 平臺將大幅緩解。

1.2. “800V”平臺中整車電子電器承壓水平相較于“400V”有質(zhì) 的提升

800V電壓系統(tǒng)核心區(qū)別在于整車電子器件承壓限度需從原來的400V提 升到 800V。當前新能源汽車電氣架構主要采用 400V 平臺,工作電壓約 在 230V-450V 之間,800V 電壓平臺相較于 400V 平臺的核心區(qū)別在于整 車電子電器承壓水平從 400V 躍升至 800V。電動汽車的核心在于其三電 部件:電池、電控、電機,800V 高壓架構的應用對于其三電技術以及其 他功率器件、電子零部件的耐壓、損耗、抗熱都提出了新的要求,也帶 來了新的技術革新。

電池:高電壓會使得充電時 Li+無法正常等量嵌入負極而產(chǎn)生“析鋰 現(xiàn)象”,容易引發(fā)電池容量衰竭,因此高電壓對電池材料、控制精度 提出了更高的要求,以減少副反應的發(fā)生;

電控:核心部件在于功率半導體器件。主流的 Si-IGBT 在 450V 平 臺下的耐壓值一般為 650V,若汽車電氣架構升級到 800V,考慮開 關電壓開關過載等因素,耐壓等級需達 1200V,而 SiC 具有實現(xiàn)高 功率密度與優(yōu)化系統(tǒng)總成本的優(yōu)點,天然適合高壓平臺,但目前在 產(chǎn)能、成本上尚處劣勢,未來有望替代 Si-IGBT 實現(xiàn)功率半導體器 件的升級換代;

電機:電機控制器供電為變頻電源,電機軸兩端有軸電壓,若軸電壓過高,容易擊穿油膜形成回路,進而軸電流出現(xiàn)導致軸承腐蝕, 此外,軸承防腐蝕工藝也需進一步升級以滿足高壓環(huán)境;

除三電器件以外,OBC、空調(diào)壓縮機、DC/DC 以及 PTC 等均需重 新適配以達到 800V 高壓的要求。

1.3. 三大主流技術方案并行,短期來看優(yōu)劣各具

目前 800V 架構的主要技術方案有:全域 800V 架構、新增 400V-800V DC/DC 升壓、400V 動力電池串并聯(lián)。新增 400V-800V DC/DC 升壓的模 式能夠兼顧整車成本和驅(qū)動效率的平衡,但電壓經(jīng)過轉(zhuǎn)換以后會造成能 量的損失。400V動力電池串并聯(lián)的方式是短期內(nèi)見效最快的一種模式, 投入也較低,但是電池用量提升會增加電池管理系統(tǒng)設計的難度,并且 電池成本也會增加,長期帶來的經(jīng)濟效益并不高。全域“800V”作為真正 的 800V 架構,相比于其余兩種“半 800V”方案,具備能量轉(zhuǎn)化更高、重 量更輕的優(yōu)勢,但由于短期內(nèi)零部件成本較高,是車企未來著重攻克的 一大方案。

2.1. 新能源車滲透率突破 40%,“續(xù)航+性能”雙提升成為用 戶首要關注點

2024年車載800V高壓平臺產(chǎn)業(yè)研究:800V推動超快充與能耗革命成為純電發(fā)展分水嶺,引發(fā)產(chǎn)業(yè)空間全面升級

2.1.1. 當下新能源汽車滲透率持續(xù)攀升,進入激烈競爭階段

中國新能源車滲透率已達 40%,正進入成長期到成熟期過渡的激烈競爭 階段。根據(jù)乘聯(lián)會,2023 年 11 月國內(nèi)新能源汽車滲透率已突破 40%, 根據(jù)起點研究院預測,至 2030 年中國新能源汽車滲透率或提升至近 80%, 未來數(shù)年將經(jīng)歷從成長期到成熟期的過渡階段,潛在客群轉(zhuǎn)化難度加大、 技術和市場競爭將不斷加劇。

2.1.2. 頻繁價格戰(zhàn)、車型迭代加速背景下,強化“量產(chǎn)能力”是應對高強 度競爭的必要手段

提升量產(chǎn)能力是實現(xiàn)降本增效應對未來激烈競爭的重要手段。2023 年以 來,國內(nèi)智能汽車產(chǎn)業(yè)一方面面臨價格戰(zhàn)頻發(fā)、不同車型銷量排行榜變 動頻繁、技術創(chuàng)新速度和新車型迭代周期加快的激烈競爭環(huán)境;另一方 面,面對全球范圍內(nèi)新能源補貼、牌照等政策退坡,一級市場融資降溫 的背景,產(chǎn)業(yè)鏈利潤率受到較大考驗,通過提升量產(chǎn)能力以在制造端“降 本增效”將是未來產(chǎn)業(yè)鏈在競爭中保持良好“防御力”的關鍵。降本使得企 業(yè)在頻繁價格戰(zhàn)中保持經(jīng)驗策略靈活性和生存空間,增效帶來降本,效 率提升又有助于企業(yè)快速迭代新的產(chǎn)品以滿足更多細分場景的差異定 位和友商競爭。在此過程中,“800V 平臺”大規(guī)模上車能夠降低汽車系統(tǒng) 成本,最終幫助產(chǎn)業(yè)鏈形成更高的量產(chǎn)能力。

2.2. “續(xù)航焦慮”仍是當下新能源汽車滲透的首要挑戰(zhàn)

目前無論整體新能源車主還是新勢力車主,“續(xù)航”均是其購車的首要關 注點。根據(jù)羅蘭貝格消費者調(diào)研數(shù)據(jù),整體新能源車主購車較關注的車 輛能力上,“續(xù)航”指標占比達 21.16%排名首位;新勢力車主(包括蔚來、小鵬、理想、特斯拉)群體雖在智能化上關注的比重大幅提升,但“續(xù)航” 的關注度仍達 19.51%,與智能化不相上下。表明“續(xù)航焦慮”仍是當下 影響新能源汽車購買最重要的關注點,解決續(xù)航焦慮是下一階段智能汽 車產(chǎn)業(yè)需要解決的最重要的問題之一。

細分來看,國內(nèi)新能源車主正從“里程焦慮”轉(zhuǎn)向“補能焦慮”。當前純電 車 600-700 km 續(xù)航已能應付絕大多數(shù)出行場景,“里程焦慮”開始向“補 能焦慮”轉(zhuǎn)變:根據(jù)億歐智庫調(diào)研,新能源車主對充電前排隊時間、充電 時間的關心比例分別達 48%、34%,同時為了節(jié)省時間 20%和 6%的車 主愿意支付額外費用或選擇更遠距離充電樁,“充電時間”正成為當前新 能源車使用的痛點。對于補能時間更短的高功率超充樁,認為非常有用、 比較有用、一般有用、可能有用的車主分別達 18%、32%、24%和 10%, 更高功率的充電體驗存在較為堅實的需求基礎,而開啟新一輪超快充時 代的 800V 高壓平臺將成為新能源汽車下一發(fā)展階段中最有潛力的技術 之一。

2.3. 800V 高壓平臺還帶來更好能耗與性能表現(xiàn),提升車型整 體的性價比

通過升級匹配 800V 的電池包,車企采用更小、更便宜和更輕的電池亦 能實現(xiàn)較好的續(xù)航和充電速度,提高整車性價比。當前動力電池重量在 整備質(zhì)量中的占比已達 20%-28%、占整車成本近 40%,電池重量與容量 已成為影響能耗和整車成本的重要因素,在此背景下與其關注增加電池 容量解決里程焦慮,更應該關注充電效率與電池性價比,而 800V 平臺 可在控制電池包容量的情況下保證更好的效用。如極氪 007 雖采用處于 同級別車型電池包容量下限的 75 度磷酸鐵鋰電池,但得益于全域 800V 架構,極氪 007 卻能達到 688 km 的 CLTC 續(xù)航、最高 500kW 充電功率 和最大充電倍率 4.5C,10%~80% SOC 可實現(xiàn)充電 15 分鐘增加 500 km 以上續(xù)航。在 800V 平臺保證續(xù)航和快充性能的同時,采用容量更小的 電池包意味著更輕的整備質(zhì)量使能耗和續(xù)航表現(xiàn)提升。

800V 高壓平臺還帶來更高的輸出功率、更少的損耗,從整車角度提升性 能和能耗表現(xiàn)。800V 高壓平臺下,全車 DCDC、空調(diào)、電機、電池等器 件都需要重新優(yōu)化設計以匹配 800V 高壓環(huán)境,尤其是 800V 架構在采 用較 Si MOSFET 更耐高壓、耐高溫、損耗更低的 SiC MOSFET 的情況 下,全車全場景的能量損耗降大大減少,進而帶來更低的能耗和更扎實 的續(xù)航表現(xiàn)。如采用 800V 架構的小鵬 G6 電耗僅為 13.2kWh/100km,較 車重 2 噸左右競品 14kWh/100km 電耗水平更低。SiC MOSFET 還能發(fā) 揮 800V 高電壓潛力、大幅提升整車性能。如對于電動機而言,根據(jù)功 率公式,更高的電壓也將帶來更高的輸出功率使電動車獲得更快的加速 性能,極氪 007 采用 SiC 后電機能在 800V 金磚電池最高 16C 放電性能 幫助下實現(xiàn) 3 秒級零百加速。

“800V”高壓平臺產(chǎn)業(yè)鏈帶來的機會主要集中在 SiC 器件、其他高壓零部 件、充電設施中。在中上游領域,SiC 相關器件作為 800V 的標準搭配, 襯底、外延正處于從“卡脖子”向國產(chǎn)全面替代的進軍時期,良率、工藝 等問題的改善將促進 SiC 相關器件成本下行,有助于 800V大規(guī)模量產(chǎn)。 除此之外,800V 平臺對于車內(nèi)零部件的承壓能力以及用量提出了新的 要求,促進電驅(qū)動、小三電、高倍率電池、繼電器、熔斷器、薄膜電容、 AFE 芯片等環(huán)節(jié)全面替代,在單車數(shù)量和價值量上進行雙重提升。2022 年以來,隨著眾多車企 800V 高壓車型的推出,代表車型銷量穩(wěn)定上漲, 但高壓車型滲透率提升正同充電樁、充電站建設不完善的現(xiàn)狀形成較大 矛盾點,超快充對電網(wǎng)電容沖擊的擔憂亦是高壓車型頗受爭議的限制因 素,針對基建層面的短板,產(chǎn)業(yè)與各大車企亦正加速研發(fā)和布局 800V 適 配的超快充電設施。

3.1. 國產(chǎn) SiC 器件競爭力日益提升,車規(guī)級碳化硅器件開啟上 車進度

3.1.1. SiC 材料在性能上具備優(yōu)勢

SiC 是第三代半導體材料,與 Si 材料相比,SiC 在禁帶寬度、擊穿場強、 漂移飽和速度等性能上具備優(yōu)勢,且傳統(tǒng)車載硅基器件往往受到 600V 電壓限制,因此在未來“800V 高壓平臺”普及的時代之下,SiC 器件憑借耐高壓、耐高溫、低損耗特性有望迎來產(chǎn)業(yè)化放量階段。

3.1.2. 新能源汽車為導電型碳化硅器件主要應用場景,市場規(guī)模占比 超 70%

根據(jù)電阻性能不同,SiC 器件可分為導電型碳化硅功率器件和半絕緣型 碳化硅射頻器件。導電型碳化硅功率器件需要在導電型襯底上生長出碳 化硅外延,再進一步加工成 MOSFET、IGBT 等器件,半絕緣型碳化硅 基射頻器件通過在半絕緣型碳化硅襯底上生長出氮化鎵外延,進而制成 HEMT 等氮化鎵射頻器件。導電型碳化硅器件主要應用于新能源汽車、 光伏、工業(yè)、軌道交通等領域,半絕緣型碳化硅基射頻器件主要應用于 5G 通信、車載通信、航空航天等領域。 新能源汽車為導電型碳化硅器件主要應用場景,市場規(guī)模占比超 70%。 據(jù) Yole 統(tǒng)計,2022 年導電型碳化硅器件市場規(guī)模 17.94 億美元,并預計 2028 年將達到 89.06 億美元,CAGR 達 32%;其中,新能源汽車導電型 碳化硅器件市場規(guī)模達 12.56 億美元,占總市場 70%。隨著 800V 高壓 平臺放量,主驅(qū)逆變器、DC/DC 等部件將進一步促進 SiC 器件在新能源 汽車領域的滲透。

3.1.3. 襯底、外延技術迭代與量產(chǎn)能力是 SiC 器件降本主要限制因素

在 SiC 器件的產(chǎn)業(yè)鏈中,襯底和外延是價值量最大的兩個環(huán)節(jié)。

襯底在 SiC 器件成本占比超過 45%,良率與產(chǎn)能仍為器件發(fā)展的限制 條件,國內(nèi)頭部企業(yè)市場份額正逐漸擴大。襯底作為 SiC 器件中最具價 值量的環(huán)節(jié)之一,大部分市場份額常年被海外巨頭占據(jù)。隨著近年國內(nèi) 襯底企業(yè)在產(chǎn)能和良率上的持續(xù)進步,國產(chǎn)襯底產(chǎn)業(yè)存在較大增長空間: 日本權威行業(yè)調(diào)研機構富士經(jīng)濟公布了《2024 年版新一代功率器件&相 關市場現(xiàn)狀和展望》報告,報告測算得到天岳先進導電型碳化硅襯底材 料市場占有率排名全球第二,僅次于 Wolfspeed。通過國內(nèi)產(chǎn)能持續(xù)爬坡, 國際上與英飛凌、博世等海外企業(yè)的陸續(xù)合作,天岳先進業(yè)務的快速發(fā) 展一定程度上反映了我國 SiC 襯底行業(yè)正走向成熟。 拉晶技術受到限制,大尺寸襯底進度仍與國際廠商存在較大差距。 Wolfspeed 于 2022 年成為全球首個能實現(xiàn) 8 英寸 SiC 晶圓量產(chǎn)能力的企 業(yè),而到目前為止,國內(nèi)廠商在單晶襯底方面仍以 4 英寸、6 英寸為主。 2022 年起,國內(nèi)部分企業(yè)相繼發(fā)布 8 英寸襯底小批量研制,但尚未實現(xiàn) 8 英寸襯底的量產(chǎn)。SiC 長晶的難點主要在于高溫環(huán)境下的工藝控制, SiC 的熔點約為 2700 度,相比之下 Si 的熔點僅在 1410 攝氏度左右,SiC 需要設備具備承受極高溫度并能長時間保持均勻性的特性,這對設備以 及拉晶工藝提出了極大的挑戰(zhàn)。

SiC 外延雙寡頭統(tǒng)領全球市場格局,國內(nèi)龍頭產(chǎn)能處于擴張階段,出貨 量已為行業(yè)前列。SiC 外延屬于產(chǎn)業(yè)鏈第二大價值量環(huán)節(jié),在 SiC 器件 中占據(jù)了 25%以上的成本。從市場格局來看,Wolfspeed 與昭和電工占 據(jù)全球超過 90%市場份額;國內(nèi)龍頭企業(yè)東莞天域、翰天天成多期外延 產(chǎn)能正逐漸投產(chǎn),目前距離國際產(chǎn)能水平仍有差距,但部分企業(yè)在出貨 量上已經(jīng)展露出一定優(yōu)勢,如翰天天成 2022 年出貨量超 11 萬片,已為 市場領先水平。

3.1.4. SiC 器件市場長期被國外巨頭占據(jù),國內(nèi)廠商加強國際合作,車 規(guī)級產(chǎn)品有望爆發(fā)

器件處于 SiC 產(chǎn)業(yè)鏈的中游環(huán)節(jié),同 800V 高壓平臺直接相關,是影響 800V 車型量產(chǎn)最為關鍵的因素之一。 歐美日廠商引領全球市場,技術迭代+產(chǎn)線完備打造行業(yè)優(yōu)勢。根據(jù) Yole 2021 年數(shù)據(jù)統(tǒng)計,意法半導體、英飛凌、Wolfspeed、羅姆、安森美、三 菱電機占據(jù) SiC 功率器件 99%市場份額。以業(yè)內(nèi)龍頭意法半導體為例, 該公司占據(jù)全球 41%的市場份額,其下產(chǎn)品包括 SiC 二極管、SiC MOSFET、SiC 模塊和 SiC 晶圓等,覆蓋了從 600V 到 1700V 的不同電 壓等級,其 SiC MOSFET 采用平面技術,目前已有 650 萬輛純電動汽車 搭載其 SiC MOSFET 產(chǎn)品,應用場景包括電驅(qū)逆變器、車載充電機、 DC/DC 等,將于 2024 年量產(chǎn)第四代產(chǎn)品。

海外廠商加大國內(nèi)市場布局,國內(nèi)廠商 SiC 器件廠商機遇與挑戰(zhàn)并存。 海外廠商起步早,產(chǎn)業(yè)鏈布局完善,目前仍在加大在中國市場的產(chǎn)業(yè)鏈 布局,對國內(nèi)廠商形成了有力競爭;同時,近年來業(yè)內(nèi)龍頭廠商逐漸加 強與國內(nèi)廠商在器件設計、制造、封測環(huán)節(jié)上的合作,這有利于國內(nèi)車 載器件廠商技術迭代與研發(fā),在 SiC 上車起量的關鍵階段,國內(nèi)廠商面 臨著機遇與挑戰(zhàn)并存的局面。國內(nèi)與國外廠商在中國市場同步加大投入 將在未來推動中國車載 SiC 器件市場迎來放量階段。

國內(nèi)企業(yè)設計工藝持續(xù)精進,產(chǎn)能穩(wěn)步爬坡,國內(nèi) SiC 功率器件迎來車 規(guī)產(chǎn)品大爆發(fā)。國內(nèi)頭部 IDM 廠商在產(chǎn)能上持續(xù)擴張,并在導通電阻、 開關性能等工藝方面取得進展,持續(xù)迭代,助力產(chǎn)品升級換代。同時, 2023 年國內(nèi)眾多中小企業(yè)開始入局車規(guī)級 SiC MOSFET 產(chǎn)品,其中,導 通電阻最低可達 6 mΩ,已達業(yè)內(nèi)領先水平,市場中也有越來越多的 Tier One 和整車廠接受國產(chǎn)車規(guī) SiC 功率器件,車規(guī) SiC 器件有望迎來大爆 發(fā)。

3.1.5. 四大“800V”車規(guī)運用場景開啟 SiC 替代

SiC 器件優(yōu)越的物理特性天然適合 800V 高壓平臺,四大主要運用場景 均開啟 SiC 替代。根據(jù)英飛凌的測試,若將電壓提高到 800V,使用 SiC MOSFET 替代 Si-IGBT 有望將系統(tǒng)效率提升 7.6%,SiC 系統(tǒng)在 3kW/L 的功率密度下可實現(xiàn) 97%的峰值系統(tǒng)效率,而 Si OBC 僅可在 2kW/L 的 功率密度下實現(xiàn) 95%的效率。相較于硅基材料,SiC 器件體積更小、功 率密度高、耐壓強,應用在 800V 平臺中能夠產(chǎn)生更高的系統(tǒng)優(yōu)勢,可 以達到充電快和續(xù)航里程遠的綜合效益,主驅(qū)、DC/DC、OBC、直流充 電樁是未來規(guī)模應用的主要場景。

3.2. 其他高壓零部件將迎來數(shù)量+質(zhì)量雙提升

電氣平臺從“400V”到“800V”的轉(zhuǎn)型為電驅(qū)動、小三電、高倍率電池以及 繼電器等小型零部件亦帶來價值增量,將使得相關高壓零部件廠商受益。

3.2.1. 高功率、高壓化、集成化是電驅(qū)動廠商發(fā)展的主要方向

三合一電驅(qū)動目前為市場主流,多合一產(chǎn)品正加速量產(chǎn)。主要電驅(qū)供應 商主要有三大類別,第一類是以特斯拉為代表的整車廠自供體系;第二 類是以聯(lián)合電子、博格華納為代表的傳統(tǒng)燃油車 Tier1 轉(zhuǎn)型廠商;第三 類是以匯川技術、英博爾為代表的工控企業(yè)。目前,三合一電驅(qū)動系統(tǒng) 已經(jīng)成為市場主流,2022 年市場占比超過 50%,多合一產(chǎn)品正加速量產(chǎn), 市場占比由 2021 年的 1.2%增加至 2022 年的 7.2%,其中弗迪動力、特 斯拉、聯(lián)合電子為國內(nèi)前三大供應商。

高功率、高壓化為電驅(qū)動一大發(fā)展方向,能匹配“800V 高壓平臺”的電驅(qū) +電源集成產(chǎn)品陸續(xù)量產(chǎn)。廣汽埃安夸克、小鵬、匯川技術等廠商已具備 量產(chǎn)高集成度三合一或多合一電驅(qū)動系統(tǒng)的能力,其適配“800V 高壓平 臺”的集成產(chǎn)品大部分已使用SiC器件,峰值功率普遍可達240kW以上。 電機散熱系統(tǒng)大多數(shù)采取油冷方式,相對于水冷電機,油冷電機冷卻效 率高、輕量化、散熱性能好、絕緣性能好,內(nèi)部溫度平均比水冷電機低 15%。除此之外,比亞迪 e3.0 平臺、長安 EDS2-B、東風均采取電驅(qū)+電 源集成的方式,形成多合一一體化產(chǎn)品,這些產(chǎn)品均可適配 800V 電壓 平臺。

3.2.2. 小三電頭部廠商陸續(xù)推出“800V”產(chǎn)品,市場集中度持續(xù)提升

小三電頭部廠商陸續(xù)推出“800V”產(chǎn)品,市場集中度持續(xù)提升。小三電中 需要配套升級的產(chǎn)品主要是 OBC 與 DC/DC,技術路線變革主要體現(xiàn)在 SiC 功率器件的替代上。 OBC 與 DC/DC 市場格局較為集中,目前均已開啟 800V 布局。從 TOP 企業(yè)類型來看,新能源乘用車 OBC 與 DC/DC 市場企業(yè)主要為兩大陣營: 一類是以比亞迪、特斯拉為代表的主機廠;一類是以威邁斯、英博爾、 信銳科技為代表的第三方供應商。目前,第三方龍頭廠商英博爾、威邁 斯、富特科技、欣銳科技等均已推出 800V 高功率小三電產(chǎn)品。根據(jù) NE 研究院統(tǒng)計的 2022 年國內(nèi)市場 OBC 裝機量來看,市占率前五位分別是 弗迪動力(28.66%)、威邁斯(20.44%)、特斯拉(8.61%)、英博爾(8.56%) 和富特科技(8.47%),總體市場較為集中。威邁斯推出的 800V 車載繼 承電源產(chǎn)品已獲得理想、小鵬、零跑等客戶的定點訂單,欣銳科技作為 最早應用碳化硅方案的車載電源第三方提供商,已成為比亞迪、小鵬、 極氪供應商。隨著800V 車型持續(xù)上量,與之適配的三小電需求將會持 續(xù)迸發(fā)。

3.2.3. 高倍率電池系統(tǒng)提升充電效率,電池企業(yè)紛紛推出快充方案

高倍率電池系統(tǒng)能大幅提升充電效率,主流電池企業(yè)紛紛推出快充方案。 “800V 高壓平臺”未來可達到 300-500kW 充電功率,若疊加采用高倍率 電池系統(tǒng),可實現(xiàn)幾分鐘內(nèi)快速補能。目前快充電池以三元體系為主, 頭部廠商可量產(chǎn) 6C 三元動力電池。寧德時代 2023 年陸續(xù)發(fā)布 CTP3.0 三元麒麟電池、4C 磷酸鐵鋰神行超充電池,均支持 4C 超快充;蜂巢能 源、欣旺達、中創(chuàng)新航等電池廠商陸續(xù)發(fā)布高倍率電池方案,4C 電池將 成為 800V 車型主流電池,6C 電池也將逐漸嶄露頭角。

3.2.4. 繼電器、熔斷器、薄膜電容、高壓連接器、AFE 芯片數(shù)量+技術 雙提升

高壓環(huán)境將增加繼電器的使用數(shù)量以及規(guī)格。繼電器的運作原理是通過 小電流來控制高壓大電流的開關,由于目前充電樁大多數(shù)是 400V 充電 樁,因此車企為了兼容低壓直流充電樁充電,往往采取車內(nèi)安裝升壓模 塊的方式升壓充電,作為高壓開關的繼電器用量將增加 1-3 只。除此之 外,高壓環(huán)境下需要把“吹弧磁鐵”的鐵氧體材質(zhì)置換成磁性更強的稀有 金屬,價格也會有一定程度的提升。繼電器的技術壁壘相對較低,國內(nèi) 繼電器相關企業(yè)主要有宏發(fā)股份、比亞迪等,800V 平臺逐漸普及,將有 利于國產(chǎn)繼電器廠商銷量提升。

熔斷器技術升級,激勵熔斷器迎來純增量市場。熔斷器是一種與繼電器 配合進行電路安全保護的器件,因此規(guī)格需要與升級后的繼電器進行匹 配。且 800V 環(huán)境的高功率運作下,傳統(tǒng)電力熔斷器與繼電器的匹配與 老化問題愈發(fā)嚴重,激勵熔斷器可以識別異常電流信號快速切斷銅排, 對電路實施主動保護,區(qū)別于特斯拉將激勵熔斷器代替保險絲的方案, 國內(nèi) 800V 高壓平臺高端車型更容易采納激勵熔斷器電力熔斷器串聯(lián)的 方案,這種方案使得激勵熔斷器成為高壓車型中的純增量部分。 薄膜電容用量提升,高耐壓、小型化為主要趨勢。薄膜電容在新能源車 的主要應用是在電控、OBC 與 DC/DC 上,800V 高壓環(huán)境會使得逆變器 電磁兼容問題更嚴重,因此需要增加薄膜電容用量以消除電磁干擾對車 內(nèi)其他電子設備的干擾。除此之外,800V 電驅(qū)系統(tǒng)對耐壓度要求增加, 薄膜電容需要通過介質(zhì)膜薄化、優(yōu)化蒸鍍技術等方式提高性能。

高壓連接器在高壓環(huán)境中用量得以提升。高壓連接器主要運用于大三電 (動力電池、電機、電控)和三小電(DC/DC、車載充電機、PDU),和 導電線纜同步作用,將電池包的能量傳輸至各個器件,高壓環(huán)境對于高 壓力連接器規(guī)格要求提升,用量也隨之增加,高壓架構的發(fā)展將使得車 載連接器企業(yè)受益。 電池管理系統(tǒng)中 AFE 芯片用量增加,國內(nèi)相關供應商尚處于研發(fā)中。 模擬前端(AEF)位于電池監(jiān)控電源(CMU)中,負責監(jiān)測與采集各個 電芯狀態(tài),支持 BMS 的計算,總電壓和單體電芯電壓決定了 AFE 芯片 用量,400V 平臺的串聯(lián)電芯典型數(shù)量為 96 個,而 800V 平臺的串聯(lián)電 芯典型數(shù)量為 192 個,因此 AFE 芯片用量將大幅增加。

3.3. 車企積極布局 800V 平臺車型,800V 已成產(chǎn)業(yè)趨勢

國內(nèi) 800V 規(guī)劃日漸活躍,2024 年 800V 車型有望大量爆發(fā)。早在 2015 年,比亞迪發(fā)布的秦 EV300、唐 DM 車型中,就已經(jīng)出現(xiàn)的 800V 平臺 的端倪,這兩款車型電池額定電壓分別達 633.6V、712V,和當時的充電 基礎設施完全無法匹配,因此高壓概念并未受到市場重視,直到 2019 年 全球首款 800V 平臺量產(chǎn)車型保時捷 Taycan Turbo S 問世。伴隨著新能 源汽車市場競爭日益激烈、補能焦慮日益凸顯,以及 SiC 產(chǎn)業(yè)的不斷成 熟,800V 平臺車型開始逐步活躍于大眾視野。近年來,國內(nèi)車企在高壓 車型的布局上尤為積極:小鵬在 2022 年推出的 G9、2023 年推出的 G6 和 2024 年將推出的 X9 均標配 800V 高壓 SiC 平臺;華為鴻蒙智行全面 加速 800V 高壓動力平臺布局,旗下問界 M9、智界 S7 等車型均搭載華 為 800V 高壓平臺;吉利旗下極氪、路特斯等品牌新車型標配 800V 架構 等。長期堅持高電流路線的特斯拉亦在最新 Cybertruck 車型上選擇擁抱 800V、甚至在 Semi 重卡上采用更高的 1000V 架構。800V 已成為中高端 車型未來在電氣架構領域競爭的重點方向。

3.4. 充電設施建設痛點突出,車企加大超充建設布局中

3.4.1. 800V 超充建設仍處起步階段,部分車企成功探尋超充次優(yōu)解

充電樁可分為慢充、快充、超充三種類型,目前慢充仍為市場主導。交 流充電樁一般為慢充,充電功率在 22kW 以下,直流充電樁功率大于 22kW,其中 60kW-240kW 為快充樁、250kW 以上為超充樁,目前已建 成的充電樁仍然以慢充樁為主導。2023 年中國充電聯(lián)盟內(nèi)成員單位總計 上報公共充電樁總計 272.6 萬臺,同比增長 51.7%,其中直流充電樁樁 120.3 萬臺,交流充電樁 152.3 萬臺,快充樁占比不足 45%??斐浼俺?充基礎設施建設相比于電動汽車技術的更新?lián)Q代尚顯滯后。

800V 超充建設當前仍處起步階段,部分車企成功探尋超充次優(yōu)解。目前 800V 高壓充電樁主要采取的仍是 2015 年舊版充電國標,電流超過 300A 的公共超充樁僅 2%。除此之外,大部分高壓車型無法長時間保持峰值功 率充電,隨著充電時間增加,系統(tǒng)會通過降低電流來進行自我保護。為 解決這兩大難題,比亞迪另辟蹊徑,采取“雙槍超充”的方式解決短期基 礎設施建設不足帶來的問題。作為國內(nèi)最早實現(xiàn)可搭載 800V 高壓平臺 的車企,比亞迪采取的技術手段與其他新勢力車企截然不同,騰勢系列 搭載兩個國標 400V 并聯(lián)充電口,而底層電池、熱管理模塊采用 800V, N7 車型最大充電功率可達 230kW。比亞迪還采取了復合直冷技術,電 池雙面鋪設制冷板,增大冷卻面積,解決大電流下電池包發(fā)熱的問題, 區(qū)別于大多數(shù)通過提高電壓來提高充電功率的思路,比亞迪通過解決底 層電池、熱管理角度入手,實現(xiàn)了“不挑樁”的目的。

3.4.2. 車企及產(chǎn)業(yè)鏈正積極進行超充建設布局中,800V 超快充建設未 來將逐步完善

極氪汽車 800V 超快充樁保有量位居第一,未來整車廠將加大自建超充 樁布局。截至 2023 年 12 月,吉利旗下極氪汽車自建超快充樁數(shù)量為 2409 根,跟隨其后的分別是蔚來 1063 根、小鵬 424 根、理想 325 根。 隨著 800V 超充車輛保有量持續(xù)增加,未來各家車企也將繼續(xù)加大超充 建設的投入。

產(chǎn)業(yè)鏈相關企業(yè)積極發(fā)布超充產(chǎn)品。小鵬、理想、蔚來、埃安等國內(nèi)主 要新能源車企均已發(fā)布旗下 800V 超充樁產(chǎn)品。如極氪于 2022 年 6 月自 研量產(chǎn) 600 kW 全液冷充電樁極充 V2,2023 年 9 月發(fā)布極充 V3,其單 槍輸出功率最高可達 800 kW 的同時由于采用高壓平臺,充電線纜也更 輕便。配套充電站方面,極氪極充站標配智能功率共享技術可根據(jù)每臺 在充車輛受電情況實時智能分配功率,最大化利用功率池,讓每個樁都 可成為超快充。還采用并柜整合輸出方式將站點周圍變壓器的零散余量 接入多個功率柜、靈活搭配儲能模塊等方式降低大功率超快充站選址限 制、緩解電網(wǎng)壓力。除此之外,供應鏈端亦積極研發(fā)推出 800V 超充樁, 如華為發(fā)布的新一代全液冷超充最高支持 1000V 充電電壓,實現(xiàn)最大 600 kW 功率。

液冷超充技術成為行業(yè)競逐焦點。傳統(tǒng)快充方案采取風冷+自然冷卻的 方式,散熱能力有限,因此需要更粗的銅線來滿足大功率下系統(tǒng)的散熱 需求,而液冷技術能夠通過乙二醇等散熱介質(zhì)提高系統(tǒng)散熱能力,一方面降低安全隱患,另一方面可節(jié)省銅線用量,是超充樁散熱技術的重要 發(fā)展方向。特斯拉是業(yè)內(nèi)最早部署液冷超充樁的車企,其 V3 款超充樁 單槍可實現(xiàn) 250kW/600A 充電。從國內(nèi)來看,華為數(shù)字能源于 2023 年 12 月表示,將于 2024 年于全國 340 多個城市和主要地區(qū)部署超過 10 萬 個全液冷超快充充電樁,這將帶動國內(nèi)液冷超充企業(yè)業(yè)績增長,槍線、 模塊、充電樁等相關環(huán)節(jié)的企業(yè)積極布局,如永貴電器液冷歐標直流充 電槍已通過 CE、CB、TUV 認證,認證充電槍電流規(guī)格達 500A、電壓達 1000V;英飛源已量產(chǎn) 640kW 全液冷超充系統(tǒng),可實現(xiàn) 800V/600A 超 充。

SiC 技術于充電樁領域嶄露頭角。大功率充電樁由于需要高頻轉(zhuǎn)換開關 而會產(chǎn)生較多轉(zhuǎn)化損耗,SiC 憑借耐高壓、耐高溫、開關頻率快的特性 可以在增加充電樁輸出功率的同時減少損耗。由于 SiC 成本仍然為其應 用于充電樁的一大限制因素,且 400kW 超大功率充電樁本身存在一定 技術難度,因此超大功率充電設備的 SiC 滲透率并不高。2024 年以來, 國內(nèi)外企業(yè)陸續(xù)發(fā)布 SiC 超充產(chǎn)品,如能效電氣發(fā)布 U60 快充樁、S600 全液冷超充產(chǎn)品,均采用自研的 SiC 液冷超充模塊;思特克宣布其最新 開發(fā)的 11kW/22kW/43kW 直流充電樁搭載了 SiC 技術;荷 蘭企業(yè) Kempower 宣布旗下全部產(chǎn)品推出采用 SiC 技術的充電樁平臺,且與 Milence 簽訂合同,為其提供重型 SiC 直流充電解決方案。隨著未來 SiC 成本下行以及超快充電樁技術的突破,SiC 在充電樁上的應用將會逐漸 廣闊。

超充建站層面,主流智能汽車車企均已公布龐大的超充站建設計劃,未 來數(shù)年內(nèi) 800V 配套超充站有望在國內(nèi)大規(guī)模建設、普及。蔚來提出在 2023 年提前達成“千站”計劃后,要在 2024 年再新建 1000 座換電站、布 局 2 萬根充電樁。小鵬汽車規(guī)劃至 2025 年底前建成 3000 座超快充站, 至 2027 年底之前建成 5000 座超快充站,覆蓋國內(nèi)百城。理想發(fā)布電能 戰(zhàn)略,計劃至 2023 年,布局 300 個 5C 超充站,至 2025 年,布局 1000+ 個 5C 超充站,實現(xiàn)對 90%國家級干線高速的覆蓋。極氪發(fā)布“千站萬樁” 計劃:2024 年累計建設 1000 個極充站、2026 年累計建設 10000 根極充 樁。華為數(shù)字能源總裁侯金龍在 2023 世界新能源汽車大會(WNEVC) 表示計劃于 2024 年率先在全國 340 多個城市和主要公路部署超過 10 萬 個華為全液冷超充樁。800V 相關基建在未來大量建設將為 800V 平臺在 新能源產(chǎn)業(yè)普及滲透提供堅實基礎。

4.1. 國內(nèi)產(chǎn)業(yè)已完成相應準備,為 800V落地掃清快充技術和 基建障礙

現(xiàn)有基礎設施建設以及高壓路線尚處于逐步推進的起量階段,基建不足 和成本壓力是主要的挑戰(zhàn)。區(qū)別于國內(nèi)“800V”熱潮,特斯拉則選擇持續(xù) 走“大電流”路線,除部分皮卡車型外,其主力車型依舊保持 400V 架構。 一方面,特斯拉 V3 樁已形成大規(guī)模建設,大電流模式下已具備規(guī)模優(yōu) 勢。另一方面,特斯拉目前的戰(zhàn)略規(guī)劃著重于提高產(chǎn)量,高功率超充電樁建設、車內(nèi)高壓器件替換將面臨短期內(nèi)較大成本壓力,因此或基于總 體經(jīng)濟效益的考量,尚未在其主流車型 Model3、Model Y 等系列中布局 800V。

4.1.1. 充電基礎設施缺乏、電網(wǎng)壓力是 800V 車型的第一大阻礙

大功率超充電樁成本壓力較大,一樁多槍不利于單車充電效率的提升。 大功率充電電線發(fā)熱量大,需要使用液冷充電槍快速降溫,而液冷充電 槍成本較高,華為全液冷充電樁市場價在 60 萬元以上,對比傳統(tǒng)風冷充 電樁市場價僅需 3-5 萬元。同時,超充樁往往采取“一樁多槍”的形式, 對功率進行動態(tài)分配,但在能為多臺電車充電的同時也降低了單車獨享 大功率的機會。

充電樁運營商投資回收期長,充電樁使用率低,盈利能力備受壓力。充 電樁的直接管理者是運營商,運營商的盈利主要來自服務費、電力差價、 補貼、增值服務等。其中,收取充電費用以及服務費是主要的利潤來源, 而充電樁前期投入成本高,投資回收期長、充電樁利用率較低。此外, 長期以來國家對于充電設施建設的補貼為落實到實際運營中,部分企業(yè) 會選擇租金成本更低而非需求更旺盛的地段進行建設,不少充電樁由于 疏于維護成為無法使用的“僵尸樁”。 電網(wǎng)壓力增大,電網(wǎng)配合建設是一道長久艱難的工程。電動汽車充電形 成的最高電力負荷于 2023 年有望達到 1 億千瓦,已占到目前全國最高 電力負荷 12 億千瓦的 5%。而 800V 超充樁充電功率能達 400-500kW, 是目前主流快充樁的 4-6 倍,因此 800V 車型的普及將對配網(wǎng)承載力以 及儲能站的配備造成較大壓力。高壓電動汽車的規(guī)?;占安粌H需要充 電樁的升級換代,還需要大范圍的充電生態(tài)網(wǎng)支持,并根據(jù)電網(wǎng)錯峰充 電,更為理想的方式是汽車能在不運行的時候反向為電網(wǎng)送電,達到良 好穩(wěn)定的電力供給,這將是一項長期而偉大的工程。

4.1.2. 回顧充電樁發(fā)展首波浪潮,快充建設將成未來產(chǎn)業(yè)主攻方向

新能源汽車的迭代往往是需求先行,伴隨政策的引導而后基建起,借鑒 歷史經(jīng)驗來看,充電基礎設施建設將通過時間換空間的方式漸漸達成。綠色轉(zhuǎn)型是國家能源戰(zhàn)略大勢所趨,電車是解決我國石油自給問題的一 大抓手,而新能源車型續(xù)航、充電慢是自新能源車誕生以來不變的需求 痛點,頻頻出臺的相關政策也在圍繞這個痛點展開。 2006-2015 年屬于充電設施建設萌芽時期,充電基礎建設落后于電車推 出,政策引導下充電樁行業(yè)逐漸形成。2004 年比亞迪推出國內(nèi)二十一世 紀第一款新能源(純電+混動)車型,而第一個充電站建設于兩年后的深 圳,2006 年中國才正式開啟“電動汽車”時代。2008-2009 年,江淮、北 汽開始陸續(xù)推出新能源車型,彼時新能源車型最受詬病的一點就是基礎 充電設施少,充電標準、充電接口不統(tǒng)一,此時國內(nèi)僅有一座商業(yè)運營 充電站,為解決這一難題,比亞迪 F3DM 上市,這是國內(nèi)第一款可以直 接用家用 220V 電源充電的新能源汽車。2011 年國家主導大規(guī)模建設, 國家電網(wǎng)示范項目開啟;2014 年-2015 年,陸續(xù)推出促進充電基礎設施 的配套政策,開始大力支持電樁行業(yè)發(fā)展,首次將新能源汽車購置環(huán)節(jié) 與充電設施補貼掛鉤,并于《電動汽車充電基礎設施發(fā)展指南(2015-2020 年)》中提出到 2020 年車樁比達到 1:1 的目標,隨后民間資本進入市 場,誕生了特來電、星星充電等優(yōu)秀民企。

2016-2022 年,電動汽車進入高速滲透時期,充電設施也隨之高增,續(xù)航 充電問題痛點顯著,政策車企齊發(fā)力。隨著近年來電車高速滲透,2022 年,國家正式將充電樁建設納入七大“新基建”的范疇,充電樁建設開啟 高速增長。進入 2023 年,高壓車型逐步出現(xiàn)在大眾視野,充電樁配套問 題逐漸突出,政策端持續(xù)催化,車企著手布局超充樁建設。2023 年 4 月 28 日中央政治局會議中首次將充電樁工作放在首位提及,并在 5 月 5 日 國常會通過加快推進充電時基礎設施建設的實施意見,促進未來配套充 電樁建設與電車增速逐漸匹配。

4.2. 電氣系統(tǒng)及零部件制造成本尚處高位是 800V發(fā)展的第二大障礙,“半 800V”成為主流的性價比方案

800V 配套零部件均需更新?lián)Q代,短期內(nèi)成本壓力高漲。800V 高壓平臺 對全車零部件的抗壓能力和熱管理能力提出了新的要求,在高壓部件的 規(guī)格、技術、用量上得到提升,在成本上給了整車廠較大的壓力。具體 來看,電控功率器件 Si IGBT 到 SiC 功率器件的替換將帶來最大增量, SiC 目前成本大概是 Si 器件的 2-4 倍,電控功率器件的替換將帶了大約 2300 元的價值增量;小三電如 OBC、DC/DC 等也是 SiC 器件替代的主 要場景,電壓多樣化將增加 DC/DC 的用量;繼電器、熔斷器、薄膜電 容、金屬軟磁粉芯、高壓連接器均面臨用量、規(guī)格雙重提升,400V 平臺 升級為 800V 高壓平臺或?qū)⒑嫌嬙黾诱嚦杀炯s 4090 元。

為應對電氣系統(tǒng)帶來升級的成本壓力,很多主機廠采取如前文所述新增 400V-800V DCDC 升壓、400V 動力電池串并聯(lián)等半 800V 架構作為高性 價比的過渡方案。如保時捷 Taycan,車內(nèi)存在 800V、400V、48V、12V 四個電氣架構,通過配備 3 個 DC/DC 降壓為車內(nèi)低壓系統(tǒng)提供用電; 現(xiàn)代 Loniq 5 同樣通過 DC/DC 模塊滿足車內(nèi) 12V 架構的需要;奧迪 PPE 則采取 400V 動力電池串并聯(lián)的方式,通過“組合充電”技術,在充電時 自動將 800V 電池切換成兩個額定電壓 400V 的電池并聯(lián)的形式進行充 電,而不再需要額外升壓器。

當前國內(nèi)眾多車廠中,采取全域“800V”的車企屈指可數(shù)。從技術架構來 看,小鵬 G9 在車載電器上采用了美的旗下威靈公司量產(chǎn)的 800V 碳化 硅空調(diào)壓縮機,且為了兼容 400V 充電樁,采取電驅(qū)升壓技術,僅通過 一個傳統(tǒng)的 DC/DC 支持車內(nèi)傳統(tǒng)用電器的降壓使用。智己 LS6 是 2023 年實現(xiàn)量產(chǎn)“全域 800V雙碳化硅平臺”的車型,極速 252km/h、零百<3.5s, 5 分鐘最多可迅速增加 200km 續(xù)航。極氪 2024 年 2 月推出 2024 款極氪 001,該車型從核心三電到熱管理,每個器件都適配 800V 以上電壓。全 域“800V”方案的商業(yè)化落地將是車企未來發(fā)展的主流趨勢。

4.3. 掃清障礙后,未來 800V 高壓平臺下沉市場空間廣闊

激烈市場競爭背景下,“800V”車型價格正向 20 萬級別車型下沉。早期 上線的 800V 車型主要集中于 30 萬元以上的中高端汽車。最早上線的 800V 車型為保時捷 Taycan,2021 年 7 月上市,售價在 89.8-183.8 萬, 而后國內(nèi)車企開啟 800V 布局,已上市的車型普遍售價在 30 萬元以上, 僅小鵬 G6、智己 LS6、華為智界 S7、極氪 7 系列、星圖 ES 價格在 30 萬元以內(nèi)。在當前國內(nèi)激烈市場競爭背景下,根據(jù)各家車企官宣 800V 車 型進展中來看,未來 1-2 年將是 800V 車型量產(chǎn)階段,且價格普遍降至 30 萬以內(nèi),800V 車型未來有望實現(xiàn)中低端車型加速滲透進而迎來更廣 闊的發(fā)展空間。


(本文僅供參考,不代表我們的任何投資建議。如需使用相關信息,請參閱報告原文。)

轉(zhuǎn)載請注明來自濟南富森木工刀具制造有限公司 ,本文標題:《2024年車載800V高壓平臺產(chǎn)業(yè)研究:800V推動超快充與能耗革命成為純電發(fā)展分水嶺,引發(fā)產(chǎn)業(yè)空間全面升級》

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