2022年800V高压系统发展现状分析 解决续航问题、缓解充电焦虑

1. 解决续航、充电焦虑，800V高压系统应运而生

1.1 快充、节能，800V 高压系统开启发展元年

新能源汽车发展如火如荼，在动力性能、智能化方面、节省成本等方面大 幅领先燃油车，但电动车仍然面临续航里程焦虑的问题，为了延长续航里 程，各大厂商纷纷加装电池，超过 700 公里续航能力的新车层出不穷，甚 至有超过 1000 公里的。1 度锂电池的重量是 3-4 公斤，超过一定电量之后 的加电池策略，续航边际收益极低，算上行车安全问题甚至出现负的边际 收益。随着电池容量的增加，续航焦虑已经降低不少，充电焦虑开始浮出 水面，快充能有效的解决续航焦虑问题，新能源汽车 800V 高压平台方案 应运而生。

目前纯电乘用车电压通常在 200-400V 之间。电动汽车动力源是电机和电池， 需要较大的输入/输出功率，车内电压平台通常高于燃油车。纯电乘用车电 压通常在 200-400V 之间。400V 电压系统通常包括：电池、电机、电控、 充电机（OBC）、高低压转换器（DC/DC）、高压控制盒(PDU)、连接器及 线束、电机/电池热管理相关零部件。从核心部件功能上看：1）电池是所 有电器的供电单元，PDU 对电池、电路起保护作用；2）驱动电机及控制 器是动力源，将电能转化为机械能；3）DC/DC 对高低压进行转化，满足 车内低电压器件用电需求；4）OBC 将充电桩的交流电转换成直流电进而 通过分线盒给电池充电。

受限于硅基 IGBT 功率元器件的耐压能力，之前电动车高压系统普遍采用 的是 400V 电压平台。基于该电压平台的充电桩中，充电功率最大的是特 斯拉第三代超级充电桩，达到了 250kW，工作电流的峰值接近 600A。如果 想要进一步提高充电功率、缩短充电时间，就需要将电压平台从 400V 提 升到 800V、1000V甚至更高的水平，来实现高压系统的扩容。

高电压平台技术看起来并不复杂，只是升高了整车的电压。但对于技术的 开发和应用，却是“牵一发而动全身”的系统工程。 电压平台的升高，意 味着核心三电系统以及空调压缩机、DCDC（直流变压器）、OBC（车载充 电机）等部件都要能在 800V甚至 1000V的电压下正常工作。

保时捷 Taycan 率先量产 800V 电压平台。在高电压平台方面，率先尝试的 是 2019 年上市的保时捷 Taycan。出于对充电速度和持续性能的追求， Taycan 率先量产了 800V 电压平台。保时捷 Taycan 已经将最大充电功率提 升到了 350KW，可以在 22.5 分钟，把 Taycan Tuebo S 容量 93.4kWh 的动力 电池从 5%充至 80%，提供 300 公里的续航能力。

图：保时捷 Taycan 高压架构

800V 系统可减少高压线束的用量。在用电功率相同的前提下，电压等级的 提高还将减小高压线束上传输的电流，这将缩减高压线束的截面积，达到 降低线束重量、节省安装空间的效果。保时捷 Taycan，当电压从 400V 提 升到 800V 后，电流相应降低了一半，所需高压线束的截面积也仅为 400V 架构的二分之一，仅在线束上就实现了减重 4Kg。

Taycan 车上增加升压充电机。对于如何兼容现有的 400V 充电桩的问题， Taycan 选择了额外搭载一台直流车载充电机，首先将 400V 充电桩输出的 充电电压升压至 800V后，再对电池进行充电。

1.2 全球各大汽车厂商纷纷推出 800V 高压系统车型

800V 优势明显，可实现快充及节能，各大厂商竞相研发及推出 800V 系统 车型。

（1）纬湃科技推出 800V 电压平台 EMR4

2021 年，7 月 8 日，纬湃科技带来了其兼容 800V电压平台的第四代三合一 电驱动产品-EMR4，EMR4 整体结构呈三段式布置，从左到右依次为电控、 减速器和电机。从结构上看比第三代 EMR3 更加紧凑。可兼容现有 400V 和 800V电压平台，最大功率区间为 80-230KW。

纬湃科技 800V 平台亮点：定子采用六层扁线设计，冷却方式为电机+减速 器油冷，电控水冷设计。电子最高转速 16000 转/分，主力功率平台为 230Kw（最大功率）。电控功率模块与罗姆电子合作，类型为碳化硅基。由 于更加紧凑的设计，相比 EMR3，同功率平台下 EMR4 效率提升 5%，性能 提升 20%，重量节省 25%，成本降低 30%。EMR4 量产时间为 2023 年，生 产工厂为天津工厂。纬湃科技表示，在 800V 平台领域已经拿到现代汽车 E-GMP 电控产品的订单。

（2）采埃孚 800V 系统 2022 年投入量产

采埃孚 800V 系统性能和效率分别提升了 33%和 11%。全球传动系统巨头 采埃孚（ZF）在 7 月发布了全新的电驱产品，即采用碳化硅功率芯片的电 控和动力脱开机构的三合一电驱动系统，该系统将基于 800V 电压平台打 造，预计将于 2022 年年底之前在国内投入量产。这是采埃孚基于第三代半 导体材料的量产碳化硅功率芯片，令电机控制器的最高效率可达 99.5%，组成电驱动桥后，相比现阶段常规的 400V 硅基方案，重量减轻了 25%， 性能和效率分别提升了 33%和 11%。

（3）岚图 800V 系统可实现充电 10 分钟，续航 400 公里

充电速率可提升 125%。2021 年 9 月 26 日，岚图汽车展示了自研 800V 高 电压平台及超级快充技术，与 OIB-中央智慧大脑等一系列最新研发成果， 岚图汽车表示，其有望成为最早量产 800V 高压超级快充的中国高端电动 品牌。岚图汽车的最新 800V 高压超级快充技术，是一套动力电池和用电 设备均为 800V 高压系统，无冗余升压装置的全新高压系统架构，包括超 级快充系统、超低系统能耗、高性能电池、SiC 电驱总成，并支持无线充 电。该技术具备极致快速充电的能力，其中整车高性能电池搭载 4C 电芯， 在 360KW 超级充电桩的加持下，充电速率可提升 125%，实现充电 10 分钟， 续航 400 公里。

续航能力提升 5%。同时，该系统凭借 SiC 电驱三合一应用技术，使得电 驱效率提高 5%，工况效率高达 91%，实现相同电量下续航能力提升 5%。 相比不稳定的串并联方案，800V 高压系统整体更加可靠，其超级充电系统 具备多重冗余保护，保障用户在采用 600A 的超大电流进行超级快充时， 不会带来电池的过热、不稳定等安全隐患。此外，该技术还支持 800V 11kW 无线快充，充电效率高达 92.3%。

2022 年奥迪 RS e-tron GT 将搭载 800V系统，奔驰也正在开发自己的 800V 系统。

全球车厂推出 800V 系统势如破竹。从目前公开的消息看，包括保时捷、奥迪、捷尼赛思等豪华品牌电动车均 已宣布采用 800V 高压系统，通用的电动版悍马、领克浩瀚 SEA 架构也采 用了 800V高压系统。国内方面，北汽极狐αS 和华为合作的 Hi 版，其中搭配华为高压三电平台， 小鹏 G9，还有蔚来 ET7 等。2022 年前后，会有更多的 800V产品推出。其 中包括：比亚迪宣布他们的 e 平台 3.0 版本将支持 800V闪充。广汽 AionY 推出凭借 800V 以上电压将实现 8 分钟充电 80%的超级快充。奇瑞的鲲鹏 混动将会推出 800V 的 PHEV 方案。现代将要量产的 E-GMP 产品支持 400/800V的快充等。

2. 800V高压系统，碳化硅深度受益

2.1 碳化硅有望在 800V 系统中大显身手

相对于 Si基 IGBT，碳化硅具有低导通损耗、低开关损耗，应用于 800V高 压平台的电动汽车，可以充分体现快充、节能的优势。碳化硅在新能源汽 车中主要应用于 DC/DC 直流变压器、DC/DC 升压器、OBC 车载充电器以 及动力电机控制器。

SiC 由于其高耐压的特性，在 1200V 的耐压下阻抗远低于 Si。从 400V 提 升到 800V，意味着电动汽车所有的高压元器件及管理系统都要提高标准， 首先就是逆变器。功率器件是电动汽车逆变器的核心能量转换单元，目前， 传统 IGBT 通常适应的高压平台在 600-700V 左右，如果直流母线电压提升 到 800V 以上，那么对应的功率器件耐压则需要提高到 1200V 左右。 SiC 由于其高耐压的特性，在 1200V 的耐压下阻抗远低于 Si，对应的导通损耗 会相应降低，同时由于 SiC 可以在 1200V耐压下选择 MOSFET 封装，可以 大幅降低开关损耗，这将大幅提高功率器件的效率。

800V 下 SiC 总功率损耗显著低于 Si。当今最先进的 400 V Si‑ IGBT 逆变 在 8 至 10 kHz 的开关频率下运行。电压压摆率通常高达 5 kV/µs。传统 Si 技术和 SiC 技术在 800V下的总功率损耗之间存在显著差异。在 800V，10kHz，电压压摆率 50kV/µs 条件下，SiC 逆变器的模块低损耗 优势更加明显。

图：Si / SiC 逆变系统不同输出功率下的损耗

2.2 800V 电驱采用碳化硅，整车可节能 5-10%

根据英飞凌、Fraunhofer 研究，在城市工况，全碳化硅模块比 Si 基 IGBT 模块多续航 10%。800V 系统采用碳化硅模块整体能耗降低 5%~10%。丰田、戴姆勒、福特、 蔚来这样的整车厂，其他还有包括电装、英飞凌、罗姆都做了大量的研究， 仿真及实测在不同的工况、不同的车型得到的答案采用都是采用碳化硅模 块将硅模块的能耗降低 5%~10%。

预测 2026 年车用碳化硅功率器件市场规模超 30 亿美元。当前整个碳化硅 功率器件的市场规模在 10 亿美元左右，还没有迎来渗透率的拐点。根据 Yole 的预测，到 2026 年整个碳化硅功率器件的市场规模有望达到 50 亿美 元，其中 60%以上用于新能源汽车领域。

对于逆变器而言，800V 高压运行架构下的 SiC 功率半导体比传统硅器件的 整体系统效率更高。SiC 功率半导体也使得散热系统设计更简单，机电结 构的空间更小。对于车载充电和快速充电桩，SiC 功率半导体在充电过程 中减少了能量损失，也减少了所需的电容和电感的数量。

SiC 比硅更轻薄，更适用于 1000V 以上的中高压范围。车用半导体中，SiC 是未来趋势，目前，xEV车中的主驱逆变器仍以 IGBT+硅 FRD 为主，考虑 到未来电动车需要更长的行驶里程、更短的充电时间和更高的电池容量， SiC 基 MOSFET 将是大势所趋。SiC 能有效提高逆变器效率，从而降低电 池成本。

电池容量越大，SiC MOSFET 优势越显著。目前来看，车用功率半导体器 件中，仍以硅基 IGBT 为主，而 SiC 基 MOSFET 代表着未来，因为它性能 更强，但目前推广的最大障碍就是高成本。然而，随着整车动力电池包越 来越大、电机最大功率/峰值扭矩越来越高，SiC MOSFET 的优势就越显著。

编辑：456