汽车产业链“触电”800V 更高电压以满足汽车快充需要

5月25日，充电解决方案供应商昇科能源宣布完成数千万元pre-A轮融资。这家创业公司吸引眼球之处就在于专注V4及以上级别的超充技术，其特征是360kW，整车平台800V，4C超快充电池。

有心者不难发现，“800V”这个关键词最近一段时间在汽车行业频频出现。对整车及上下游产业链而言，这意味着什么?

“现阶段，只要配备足够的充电设施，如快充站、换电站等，电动汽车的续驶里程完全能够满足用户需求。”一些业内人士向《中国汽车报》记者表示，“相较于投入大量成本研发新材料和新技术，盲目提高电池续航能力，完善充电基础设施才是解决电动汽车用户‘里程焦虑’的最佳选择。”

前不久，中国科学院院士欧阳明高在电动汽车百人会组织的研讨会上指出，解决充电的后顾之忧，需要更大功率的快充技术，超级快充是大势所趋，行业需要推进电动汽车采用≥800V的更高电压平台。

据了解，受限于硅基IGBT功率耐压能力，高压充电需要考虑温升、绝缘配合、EMC/EMI(电磁兼容性)和电弧等更多复杂问题，而目前主流快充模式主要基于400V电压平台。不过，行业对大功率充电的探索从未止步，800V高压平台的普及已被提上议事日程。

♦ 企业加快推出800V平台

随着用户需求升级，市场倒逼技术进步，电动汽车400V电压平台未来恐怕将不能满足人们对快充的需求。2019年，保时捷率先在全球推出800V高压电气架构，旗下首款纯电动跑车Taycan采用800V直流快充系统并支持350kW大功率快充。自此，多家车企纷纷启动对800V高压平台的研发与布局。通用、现代、戴姆勒、Lucid等陆续发布800V架构规划，将超级快充作为差异化体验，以提升消费者对电动汽车未来发展的信心。

2021上海车展上，不少车企就适时推出了800V甚至更高电压平台的产品。进口品牌方面，起亚EV6全系车型支持400V和800V充电，电量从30%充至80%仅需14分钟;现代IONIQ 5最新800V高电压平台支持高达350kW的超大功率充电。自主品牌方面，吉利浩瀚架构下首款车型极氪001，采用800V高压系统，配装4.35V高压Ni55体系的三元电池，支持最高360kW超级快充;东风旗下岚图汽车宣布研发基于超高压平台的超级快充技术。由此可见，以更高电压平台实现超级快充已成为新能源汽车行业的发展趋势之一。

从充电的物理特性来看：功率=电流×电压，提高电动汽车的充电效率有两种思路，提高电压和增加电流，也因此产生了两种比较有代表性的快充技术——高电压直流快充和大电流直流快充，但哪种路线更适用于超级快充，行业展开了激烈讨论和实际研究。

据悉，由于大电流直流充电具有比较明显的缺点，仅可在10%～30%SOC(电池荷电状态，即剩余电量)条件下实现最大功率充电;在30%～90%SOC条件下充电，功率会大幅下降。同时，由于线缆粗细限制了大电流模式的上限，使其不能满足更高充电倍率的需求。以低压大电流模式充电的代表特斯拉为例，其Model 3长续航版在250kW峰值充电功率的支持下，可以1.5C充电倍率充30%～80%的电量。若线缆粗细不变，电流不变，要实现4C充电倍率，电压需要扩充至现在的2.7倍，即超过1200V，同样演变为高压模式。此外，低压带来的电流过大、电阻散热问题，必然会相应地增加整车成本，降低产品竞争力。因此，市场上目前仅有特斯拉选择大电流直流快充的方式，更多车企希望基于高压电气架构，实现大功率充电。

♦ 更高电压以满足快充需要

华为数字能源产品线智能电动领域副总裁彭鹏在近期举办的一个行业论坛上指出，整车选择高压架构是实现超级快充的必经之路，800V左右的高压在当前可支撑实现2C快充。对于一辆搭载100kWh电的电动汽车而言，在当前400V电压平台、250A电流下，需要30分钟才能充电30%～80%，而如果电压提升到800V左右，15分钟就可实现，达到4C的效率，基本上满足现阶段消费者的快充需求。未来，随着电流提升到500A，800V高压车型可轻松实现7.5分钟充电30%～80%，真正达到像加油一样的充电体验。

据介绍，800V高压平台除了充电快，还有以下主要优势。对汽车来说，一方面，永磁同步电机在工作时会产生大量的热，当温度超过180℃时，电机会出现退磁现象，影响工作效率甚至造成产品损坏;提高平台电压，相同功率下电流减小，电阻不变的情况下，电机产生的热量相应减小，从而可以降低退磁风险。另一方面，平台电压升高，高压线束的线径变小，可以减小体积，提高电池容量和功率。此外，电气平台提升到800V，电控系统经重新设计，热损耗有望降低60%。

特来电首席科学家、技术研究院副院长穆晓鹏也表示：“就当前主流车型充电需求来看，若想实现2C倍率，就要求充电功率达到120～150kW。但按照目前国标规定，电动汽车单枪电流不能大于250A，因此提升平台电压势在必行。未来，随着“ChaoJi”充电标准的落地和发展，配合液冷系统等，电流甚至可以提升到400～600A的水平。在这种模块配置下，人们可以期待电动汽车充电像燃油车加油一样便捷。”

平台电压从400V提升至800V，属于硬件改造，不是OTA可以实现的。这就意味着接下来会有更多企业推出800V或更高电压的架构，催生新的市场机会。

♦上游动力电池企业争相布局

要实现超级快充之路，必须进行整车平台的高压化改造，电池电压以及相应配套系统和零部件的性能提升是企业不得不考虑的重要问题。出于对高压系统能耗、复杂度、可靠性等因素的考虑，整车的高压器件最好与电池保持一致。换言之，800V架构应指充电端和整车端共同走向800V。

随着市场对快充的更高追求，电池快充技术作为解决充电便捷性的关键突破口，也是车企和动力电池企业角逐的主战场。2021上海车展期间，不少电池企业推出了适应于高压快充平台的全新产品。

其中，蜂巢能源首次对外发布了全新快充技术和对应电芯，第二代4C快充电芯容量165Ah，能量密度大于260Wh/kg，仅需10分钟就可实现SOC20%～80%，能循环快充1500多次，预计2023年二季度实现量产。蜂巢能源董事长兼首席执行官杨红新表示：“围绕新能源汽车发展，打造配套生态很重要，要想实现快充平台的普及，电池匹配、快充网络等产业上下游的跟进都是必要的。”

领湃新能源技术团队通过特殊设计的离子快穿通道设计，实现动力电池4C充电，15分钟充电5%～85%SOC;未来规划动力电池6C充电、充电时间少于10分钟。宁德方面也早早布局快充技术，推出了自主研发的快充型电芯，充电速度提升一倍，可实现15分钟充电80%。目前，其超快充技术已涵盖超电子网、快离子环、各向同性石墨、超导电解液、高孔隙隔膜、多梯度极片等。

除动力电池企业外，部分车企在快充电池布局方面也不甘落后。比如，广汽推出石墨烯超级技术，规划推出6C-500km、3C-500km两个版本的快充电池，今年9月将首次配装在广汽埃安AION V上;保时捷亦披露正在研发硅负极取代传统石墨负极的高性能电池，以获得更高能量密度和快充性能。

♦ SiC依赖进口问题尚难解决

除了快充电池的研发创新，产业链上下游其他配套零部件供应商也纷纷行动起来，华为就是最典型的代表。4月18日，华为推出了业内首个AI闪充动力域全栈高压解决方案。据了解，华为当前高压解决方案是基于800V高压左右开发的全新平台架构，包含了高压车载充电系统、高压异步电驱动系统、高压同步电驱动系统、高压电池管理系统、直流快充模块、三电云及高压热管理系统，在搭载该技术的极狐阿尔法S(HI版)上，可实现15分钟充电30%～80%。

采埃孚很早就开始研发800V功率电子产品，现已推出800V SiC三合一电驱动系统，并预计在欧洲和中国市场实现量产。该公司相关人士介绍称：“相较于400V功率电子产品，新款SiC的应用在功能设计、电磁兼容等方面都存在较多难点。另外，还要考虑高压系统下的绝缘安全和耐久力需求。”

随着越来越多零部件企业展开在800V平台领域的布局，除电池外，电驱动、PTC(陶瓷加热器)、空调压缩机、车载充电机等零部件都面临重新选型匹配的难题。目前，SiC等能够承受更高电压的器件及其他部件不断被开发，技术也在快速迭代。欧阳明高认为，从全产业链角度分析，主要高压零部件在2021年底基本都可以实现量产。

据了解，华为、博格华纳、汇川技术等已陆续发布800V电驱动系统，舍弗勒全新推出的电机系列产品实现了电压等级48～800V、功率等级15～300kW及以上的全覆盖;海立、奥特佳、科博尔、华工新高理、比亚迪已具备800V电动压缩机、PTC等的生产能力;巴斯巴、永贵、中航光电、泰科等企业也具备批量化生产800V线缆及端子的能力。

不过，整个产业链的布局看似已基本完善，但站在供应链角度，800V高架平台架构所需的SiC功率模块仍大量依赖进口，还是给国内企业带来不小的考验。

“零部件企业下一步的难题主要在于，如何在国内建立完备的产业链和研发体系;同时，在与国际同类产品的可获得性及产品标准兼容性方面，也面临潜在的非技术性挑战。”采埃孚相关人士称，“但是，我们对800V平台产品的市场预期还是非常乐观的。随着国家标准的导入，800V超高压快充平台将会成为主要趋势，但推广的快慢将取决于充电基础设施的建设以及800V功率电子产品的成本下降。”

♦ 企业布局超高压充电业务

电动汽车实现超级快充并非车企或动力电池企业一方就可以完成，其中不仅涉及动力电池、控制及热管理技术等，还需要充电设施、电力供应部门等环节的助力。因此，它也成为一个需要产业链多环节共同配合的系统工程。

在这一背景下，公共场景下的直流快充+家用交流慢充，多种充电形式并存形成智慧充电网络的大方向基本已在业内达成共识。充电桩主流企业在新建和现有充电桩改建中，纷纷开始考虑高压兼容方案的布局，积极响应高压快充趋势。

据悉，充电模块是提升充电桩满足800～1000V高压车型充电的关键。对于现有充电模块的研发，穆晓鹏表示：“从2020年底，特来电新增的充电设备电压平台已提升到950～1000V，支持800V高压平台充电完全没有问题，也能满足未来3～5年车辆升级到高压平台的需求;如果考虑到2030年前后，随着技术的进一步发展，这个数字可能会提高到1500V。”

中国电动汽车充电基础设施促进联盟信息部主任仝宗旗也指出：“2018年起，就有不少企业布局超高压充电桩业务，目前从终端来看，技术上不存在太大的问题，关键在于如何与车端匹配，做好安全性的保障。”

直流充电必须考虑到电网的配合，对电网负荷可能造成较大压力。仝宗旗认为：“按照规划，到2025年全国新能源汽车保有量达到2000万～2500万辆的时候，假设10%的车辆在同一时段进行快充，对电网的要求会非常之高。”

在穆晓鹏看来，对此不必过多担忧：“大量车辆同时进行大功率快充必然对电网造成非常大的压力，但未来占比最大的私家车会优先选择夜间在住宅和白天在工作场所等驻地站点充电，只有运营车辆和有应急需求的私家车才会选择大功率快充。所以我们预测，未来80%的充电需求是慢充，仅20%是快充;在驻地站点则可通过有序充电进行统一管理，减少无序充电对电网的冲击;在快充站也可以增加一定的储能，减少瞬间大功率充电对电网的影响。”

据了解，除特来电，国内主流充电企业，优优绿能、华为、英飞源、永联等陆续发布了充电范围至1000V的充电模块。今年4月，华为面向新能源汽车领域推出了HUAWEI Hi Charger直流快充模块，希望解决充电行业运营成本高、设备生命周期短的痛点。此外，电池企业也加入快充桩布局，今年3月宁德时代与福建百城新能源合资成立新公司上海快卜新能源，主营充电桩快充服务。

♦ 快充未来发展还要由市场决定

虽然行业对超级快充时代的到来做了较为充分准备，从动力电池到充电基础设施几乎完备，但不少行业专家仍对此持审慎态度。仝宗旗表示：“考虑到快充模式的使用场景一般多为运营车辆，私家车紧急补电可能仅占小部分，实际上用户对快充的需求并不大。快充在未来很长一段时间可能仅作为充电应用场景的一个小分支，而不是主流趋势。”

平台电压的提高是技术趋势的进步，充电技术一旦到达更先进的水平，势必不会再倒退，这是不可逆的进程。但是，电压的升高并不会无限地继续。穆晓鹏称：“当充电功率足够大，充电基本与加油一样方便时，车主对充电功率的焦虑会慢慢消除，电压平台发展也会达到一个相对平衡的状态。这个时候为了减少绝缘成本、保障安全性能，就不会再一味抬高电压。”

仝宗旗提出：“对于新能源汽车来说，600km的续驶里程在我国二、三、四线城市，可能一周充一次电就足够，不需要频繁充电，对快充的使用频率也不高。能量密度太高，反而容易导致电池的安全性存在更多挑战。”

前瞻技术的出现是车企与零部件供应商对市场发展的尝试，也不乏高端车型以此作为卖点博取消费者的关注，但随着补贴逐渐退坡，车企和零部件供应商需将更多关注投入现有产品性能的提升，比如电池的稳定性、安全性等，而不是一味追求越来越高的续驶里程和应用市场有限的前瞻技术。

当然，企业需要不断追求技术进步，以保证产品的演进、升级，但待补贴完全退坡后，新能源汽车产业发展将趋于市场主导，届时技术的未来还是要看消费者是否愿意为其买单。(张雅慧)