2023年800V高压快充新技术专题分析:国产高压快充车型元年,带动车端器件升级

  • 来源:光大证券
  • 发布时间:2023/08/21
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800V高压快充新技术专题分析:国产高压快充车型元年,带动车端器件升级。01整车快充:“里程焦虑”下日益凸显的新需求;02高压快充:“800V+4C”的未来主流升级途径;03面向“800V+”的系统架构与结构端升级;04投资建议;05风险分析。

整车快充:“里程焦虑”下日益凸显的新需求

1 面向整车消费需求,快充技术加速布局

整车快充:“里程焦虑”下日益凸显的新需求,新能源汽车整车消费的关键指标:续航里程、补能时效性、价格波动。  电流提高受制于 250A 的国际标准(若车企自建充电桩,则不受此限制),400V 电压下充电功率不超 100kW;业界一般认 为500A是车规级线束接插件的极限,400V系统下200kW左右的充电功率会成为很多车辆设计的极限;而800V高压系统可以 将极限突破到400kW。

高压快充:“800 V + 4C”的未来主流升级途径

2.1 快充可行性:大电流快充的技术起步

技术起步:高功率化,基于大电流的快充,快充是指在较短时间内使电池达到或接近完全充电状态,系统功率更大,因此可以通过增大电流或提高电压的方式。 特斯拉选大电流路线的原因:车端改动比高电压路线少一些,更重要的是对电网的改造小,在海外更容易推行。 相比于特斯拉采取的大电流路线,高电压路线由于实际中支持更长时间快充、不受散热问题的限制从而不需直径更大 的线缆、更大通流能力的直流接触器、直流保险、PDU 等,受到欧洲与国内许多车企的青睐。

2.2 高压快充:“800 V + 4C”的未来主流升级途径

高压快充:“800 V + 4C”的未来主流升级途径,高电压路线优势:1、800V 高压系统的充电功率及驱动功率可以提升 100%;2、同等功率的情况下,800V 电压平台 可以降低 50%的电流,从而显著减少整车线束等零部件重量及成本和提升驱动效率。  在充电功率相同的情况下, 高压架构电池系统散热更少, 热管理难度更低, 线束直径更小, 成本更低。800 V级高 电压方案的实现, 将会使充电功率突破400 kW, 预计会实现充电5 min, 续航200-300 km。

高压快充:“800 V + 4C”的未来主流升级途径,自2019年保时捷Taycan搭载800 V电压平台,为了兼容当时400V充电桩,额外加装一台直流OBC,将400V充电桩的 电升到800V再给电池充电;当时仅有400V空调压缩机,也额外配备了一个转换器。 随着搭载800V快充技术的小鹏G6、小鹏G9、阿维塔11上市,国内比亚迪、吉利、长城、零跑等一众车企相继发布 800V技术的布局规划,宁德时代麒麟电池4C快充技术的推广应用,800V高压新能源车迎来在中国市场的元年。

面向“800 V+”的系统架构与结构端升级

3.1 面向800 V+的高压电气系统

高压电气系统正逐渐向着集成化、模块化发展,逐渐衍生出了电动汽车“三大件”:电池系统、动力总成、高压电控。方案一:纯800 V+电池高压系统电池系统、电动力总成系统(包括电驱动、电力电子、充电系统等)采用800 V+高压。 架构简单,工程实现最难。满足乘用车电动力总成的800 V+器件供应极少。

方案二:两个400 V的可配置系统 包括400 V的高压母线、DC/DC、变频器、空调压缩机、车载充电机、电池系统等。 两个电池系统,充电时串联800V,放电时并联400V,但控制策略复杂。 方案三:DC/DC+400 V电池系统 400V的电池系统、高压母线、DC/DC、变频器、800V转400V的高压DC/DC变换器等。 开发难度小,但对于电池系统,其充电电流会达到惊人1000A。 方案四:DC/DC+800 V电池系统 与方案三类似,不同之处在于配备800V转400V的高压DC/DC变换器。 避免了方案三对电池系统电气的要求,电池系统的最大电流得到限制。

3.2 整车电子器件适配800V高电压平台,拉高新能源车能力上限

为实现整车高电压平台,电池包、电机以及充电接口均需达到800V,OBC、空调压缩机、DC/DC以及PTC均需重新适配以 满足800V高电压平台。另外,电驱系统电压等级提高到800V后,提升逆变器中功率器件的耐压性也将推动SiC技术升级。车载电源行业参与者可分为三类:1)主机厂自制,如比亚迪;2)委托第三方,如特斯拉;3)第三方供应商。

高压电气系统集成,系统配件面临严峻考验,使用 800 V 高电压平台,在提升充电功率、提升充电速度的同时,随着配套部件的升级,能进一步提升电机驱动效率,减 少能量 / 功率损耗,同时对系统高压部件的 EMC 设计、高压安全设计等带来新的挑战。 2023年上海车展共有23家厂商的63个电驱动产品,经过梳理,本次展出的800V高压电驱动共有13款,可以说电驱动全面 进入高压化。高速、高压、散热,小型化和低成本是考量的方面。

SiC MOSFET:800 V下的功率器件升级,SiC基MOSFET相比Si基IGBT具备更高耐压等级和开关损耗,以Si-IGBT为例,450V下其耐压为650V,若汽车电气架构升级 至800 V,对应功率半导体耐压等级需达1200 V。 SiC基MOSFET不仅在耐压和损耗水平上都能满足800V电压平台的需求,还具备进一步拓展至1200V电压平台的潜力。

3.3 800V车型陆续上市

电驱动系统采用800V高压平台,显著提升了中高速区域的综合输出性能,并能够满足用户对于超级快速充电的需求,但也大 幅提高了产品材料成本,预期800V电驱动系统将首先搭载中高端车型。 越来越多的品牌都在规划800V高压平台电驱动产品,近2年陆续量产,国家也在着手布局超级充电桩,最高输出电压可达 1500V。伴随着未来高压充电基础设施的完善,整车端将不再需要配置升压充电器,高压部件实际增速快于800V增速。 800V高压平台技术架构日渐成熟,近2年电动汽车有关电压等级、传导充电装置等相关技术标准亟待同步升级。


(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

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