2024年车载800V高压平台产业研究:800V推动超快充与能耗革命成为纯电发展分水岭,引发产业空间全面升级
- 来源:国泰君安证券
- 发布时间:2024/03/22
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车载800V高压平台产业研究:800V推动超快充与能耗革命成为纯电发展分水岭,引发产业空间全面升级。800V高压平台是提升电车快充速度、降低能耗、减少续航焦虑的主流手段。充电功率取决于充电电流和充电电压,800V平台将整车高压电气系统电压范围提升至550-930V区间,通过提升电压的方式提高整车充电功率以达到“超快充”目的。且800V高电压能够减少高电流方式下散热安全和充电损耗问题,电压的提升亦能增加电机输出功率。因此,800V高压平台是当下提升电动车快充速度、降低能耗、减少续航焦虑的有效手段。目前主流800V架构分为全域800V架构、新增400V-800VDCDC升压...
1. “800V”高压平台是解决电车补能痛点的重要方案
1.1. “800V”是提升快充速度、降低能耗、减少续航焦虑的有效 手段
800V 高压平台指整车高压电气系统电压范围在 550-930V 区间的系统, 是提升电动汽车补能效率、能耗表现的解决方案。在新能源汽车普及过 程中,续航和补能效率是两大难题,目前已有提升补能效率、解决补能 焦虑的方式主要有以蔚来为代表的换电模式、以特斯拉为代表的大电流 充电模式和以保时捷等为代表的大电压充电模式。
对于充电补能的电动车而言,充电速度的提升本质上即为提高充电功率, 提升快充功率主要通过提升电压和电流来实现。在新能源车充电过程中, 充入的电量——总功(W)为充电功率(P)和时间的乘积,即 W=P×t, 在电池容量(总功 W)相同的情况下,若想缩短充电时间需要提升充电 功率。而根据功率公式 P=U×I,提升电功率 P 可通过提升电压 U 或提升 电流 I 来实现。 增大电流将带来散热安全和充电损耗问题。400V 架构下要达到 300 kW 的超快充功率需要将电流提升至 750A。但电流增大会带来充电安全问 题:根据焦耳定律 Q=I²Rt,电阻 R 不变时,电流的平方与电流通过导体 产生的热量成正比,即在相同时间 t 内电流 I 每提升一倍,产生的热量 Q 为四倍,大电流方案势必对充电设备和电池散热产生巨大压力。 大量发热还会造成能量损失,损害快充经济性。充电电流在超快充领域 的提升潜力有限。因此在当前新能源车 400V 架构下,普遍峰值功率为100 kW,对应 250A 电流、在 20%-80% SOC(State of Charge,充电状 态)快充区间的充电时间约为 30 分钟和 1C 的充放电倍率。 提高充电电压是实现超快充的重要思路。若提升电压至 800V,即便在保 持国标上限 250A电流的非 800V普通快充桩下,即可实现接近 200 kW、 2C 充放电倍率的快充,获得较普通 400V 平台多一倍的充电功率。对于 一款 700 km 续航的电车而言,800V 平台可实现充电 15 分钟续航近 400 km 的体验,续航焦虑较 400V 平台将大幅缓解。

1.2. “800V”平台中整车电子电器承压水平相较于“400V”有质 的提升
800V电压系统核心区别在于整车电子器件承压限度需从原来的400V提 升到 800V。当前新能源汽车电气架构主要采用 400V 平台,工作电压约 在 230V-450V 之间,800V 电压平台相较于 400V 平台的核心区别在于整 车电子电器承压水平从 400V 跃升至 800V。电动汽车的核心在于其三电 部件:电池、电控、电机,800V 高压架构的应用对于其三电技术以及其 他功率器件、电子零部件的耐压、损耗、抗热都提出了新的要求,也带 来了新的技术革新。
电池:高电压会使得充电时 Li+无法正常等量嵌入负极而产生“析锂 现象”,容易引发电池容量衰竭,因此高电压对电池材料、控制精度 提出了更高的要求,以减少副反应的发生;
电控:核心部件在于功率半导体器件。主流的 Si-IGBT 在 450V 平 台下的耐压值一般为 650V,若汽车电气架构升级到 800V,考虑开 关电压开关过载等因素,耐压等级需达 1200V,而 SiC 具有实现高 功率密度与优化系统总成本的优点,天然适合高压平台,但目前在 产能、成本上尚处劣势,未来有望替代 Si-IGBT 实现功率半导体器 件的升级换代;
电机:电机控制器供电为变频电源,电机轴两端有轴电压,若轴电压过高,容易击穿油膜形成回路,进而轴电流出现导致轴承腐蚀, 此外,轴承防腐蚀工艺也需进一步升级以满足高压环境;
除三电器件以外,OBC、空调压缩机、DC/DC 以及 PTC 等均需重 新适配以达到 800V 高压的要求。
1.3. 三大主流技术方案并行,短期来看优劣各具
目前 800V 架构的主要技术方案有:全域 800V 架构、新增 400V-800V DC/DC 升压、400V 动力电池串并联。新增 400V-800V DC/DC 升压的模 式能够兼顾整车成本和驱动效率的平衡,但电压经过转换以后会造成能 量的损失。400V动力电池串并联的方式是短期内见效最快的一种模式, 投入也较低,但是电池用量提升会增加电池管理系统设计的难度,并且 电池成本也会增加,长期带来的经济效益并不高。全域“800V”作为真正 的 800V 架构,相比于其余两种“半 800V”方案,具备能量转化更高、重 量更轻的优势,但由于短期内零部件成本较高,是车企未来着重攻克的 一大方案。
2. 800V 高压平台将成为纯电发展分水岭,2024 年将 成为技术爆发元年
2.1. 新能源车渗透率突破 40%,“续航+性能”双提升成为用 户首要关注点
2.1.1. 当下新能源汽车渗透率持续攀升,进入激烈竞争阶段
中国新能源车渗透率已达 40%,正进入成长期到成熟期过渡的激烈竞争 阶段。根据乘联会,2023 年 11 月国内新能源汽车渗透率已突破 40%, 根据起点研究院预测,至 2030 年中国新能源汽车渗透率或提升至近 80%, 未来数年将经历从成长期到成熟期的过渡阶段,潜在客群转化难度加大、 技术和市场竞争将不断加剧。
2.1.2. 频繁价格战、车型迭代加速背景下,强化“量产能力”是应对高强 度竞争的必要手段
提升量产能力是实现降本增效应对未来激烈竞争的重要手段。2023 年以 来,国内智能汽车产业一方面面临价格战频发、不同车型销量排行榜变 动频繁、技术创新速度和新车型迭代周期加快的激烈竞争环境;另一方 面,面对全球范围内新能源补贴、牌照等政策退坡,一级市场融资降温 的背景,产业链利润率受到较大考验,通过提升量产能力以在制造端“降 本增效”将是未来产业链在竞争中保持良好“防御力”的关键。降本使得企 业在频繁价格战中保持经验策略灵活性和生存空间,增效带来降本,效 率提升又有助于企业快速迭代新的产品以满足更多细分场景的差异定 位和友商竞争。在此过程中,“800V 平台”大规模上车能够降低汽车系统 成本,最终帮助产业链形成更高的量产能力。
2.2. “续航焦虑”仍是当下新能源汽车渗透的首要挑战
目前无论整体新能源车主还是新势力车主,“续航”均是其购车的首要关 注点。根据罗兰贝格消费者调研数据,整体新能源车主购车较关注的车 辆能力上,“续航”指标占比达 21.16%排名首位;新势力车主(包括蔚来、小鹏、理想、特斯拉)群体虽在智能化上关注的比重大幅提升,但“续航” 的关注度仍达 19.51%,与智能化不相上下。表明“续航焦虑”仍是当下 影响新能源汽车购买最重要的关注点,解决续航焦虑是下一阶段智能汽 车产业需要解决的最重要的问题之一。
细分来看,国内新能源车主正从“里程焦虑”转向“补能焦虑”。当前纯电 车 600-700 km 续航已能应付绝大多数出行场景,“里程焦虑”开始向“补 能焦虑”转变:根据亿欧智库调研,新能源车主对充电前排队时间、充电 时间的关心比例分别达 48%、34%,同时为了节省时间 20%和 6%的车 主愿意支付额外费用或选择更远距离充电桩,“充电时间”正成为当前新 能源车使用的痛点。对于补能时间更短的高功率超充桩,认为非常有用、 比较有用、一般有用、可能有用的车主分别达 18%、32%、24%和 10%, 更高功率的充电体验存在较为坚实的需求基础,而开启新一轮超快充时 代的 800V 高压平台将成为新能源汽车下一发展阶段中最有潜力的技术 之一。
2.3. 800V 高压平台还带来更好能耗与性能表现,提升车型整 体的性价比
通过升级匹配 800V 的电池包,车企采用更小、更便宜和更轻的电池亦 能实现较好的续航和充电速度,提高整车性价比。当前动力电池重量在 整备质量中的占比已达 20%-28%、占整车成本近 40%,电池重量与容量 已成为影响能耗和整车成本的重要因素,在此背景下与其关注增加电池 容量解决里程焦虑,更应该关注充电效率与电池性价比,而 800V 平台 可在控制电池包容量的情况下保证更好的效用。如极氪 007 虽采用处于 同级别车型电池包容量下限的 75 度磷酸铁锂电池,但得益于全域 800V 架构,极氪 007 却能达到 688 km 的 CLTC 续航、最高 500kW 充电功率 和最大充电倍率 4.5C,10%~80% SOC 可实现充电 15 分钟增加 500 km 以上续航。在 800V 平台保证续航和快充性能的同时,采用容量更小的 电池包意味着更轻的整备质量使能耗和续航表现提升。
800V 高压平台还带来更高的输出功率、更少的损耗,从整车角度提升性 能和能耗表现。800V 高压平台下,全车 DCDC、空调、电机、电池等器 件都需要重新优化设计以匹配 800V 高压环境,尤其是 800V 架构在采 用较 Si MOSFET 更耐高压、耐高温、损耗更低的 SiC MOSFET 的情况 下,全车全场景的能量损耗降大大减少,进而带来更低的能耗和更扎实 的续航表现。如采用 800V 架构的小鹏 G6 电耗仅为 13.2kWh/100km,较 车重 2 吨左右竞品 14kWh/100km 电耗水平更低。SiC MOSFET 还能发 挥 800V 高电压潜力、大幅提升整车性能。如对于电动机而言,根据功 率公式,更高的电压也将带来更高的输出功率使电动车获得更快的加速 性能,极氪 007 采用 SiC 后电机能在 800V 金砖电池最高 16C 放电性能 帮助下实现 3 秒级零百加速。
3. “800V”为新能源车电气系统产业链带来价值增量, SiC 器件为首要受益环节
“800V”高压平台产业链带来的机会主要集中在 SiC 器件、其他高压零部 件、充电设施中。在中上游领域,SiC 相关器件作为 800V 的标准搭配, 衬底、外延正处于从“卡脖子”向国产全面替代的进军时期,良率、工艺 等问题的改善将促进 SiC 相关器件成本下行,有助于 800V大规模量产。 除此之外,800V 平台对于车内零部件的承压能力以及用量提出了新的 要求,促进电驱动、小三电、高倍率电池、继电器、熔断器、薄膜电容、 AFE 芯片等环节全面替代,在单车数量和价值量上进行双重提升。2022 年以来,随着众多车企 800V 高压车型的推出,代表车型销量稳定上涨, 但高压车型渗透率提升正同充电桩、充电站建设不完善的现状形成较大 矛盾点,超快充对电网电容冲击的担忧亦是高压车型颇受争议的限制因 素,针对基建层面的短板,产业与各大车企亦正加速研发和布局 800V 适 配的超快充电设施。

3.1. 国产 SiC 器件竞争力日益提升,车规级碳化硅器件开启上 车进度
3.1.1. SiC 材料在性能上具备优势
SiC 是第三代半导体材料,与 Si 材料相比,SiC 在禁带宽度、击穿场强、 漂移饱和速度等性能上具备优势,且传统车载硅基器件往往受到 600V 电压限制,因此在未来“800V 高压平台”普及的时代之下,SiC 器件凭借耐高压、耐高温、低损耗特性有望迎来产业化放量阶段。
3.1.2. 新能源汽车为导电型碳化硅器件主要应用场景,市场规模占比 超 70%
根据电阻性能不同,SiC 器件可分为导电型碳化硅功率器件和半绝缘型 碳化硅射频器件。导电型碳化硅功率器件需要在导电型衬底上生长出碳 化硅外延,再进一步加工成 MOSFET、IGBT 等器件,半绝缘型碳化硅 基射频器件通过在半绝缘型碳化硅衬底上生长出氮化镓外延,进而制成 HEMT 等氮化镓射频器件。导电型碳化硅器件主要应用于新能源汽车、 光伏、工业、轨道交通等领域,半绝缘型碳化硅基射频器件主要应用于 5G 通信、车载通信、航空航天等领域。 新能源汽车为导电型碳化硅器件主要应用场景,市场规模占比超 70%。 据 Yole 统计,2022 年导电型碳化硅器件市场规模 17.94 亿美元,并预计 2028 年将达到 89.06 亿美元,CAGR 达 32%;其中,新能源汽车导电型 碳化硅器件市场规模达 12.56 亿美元,占总市场 70%。随着 800V 高压 平台放量,主驱逆变器、DC/DC 等部件将进一步促进 SiC 器件在新能源 汽车领域的渗透。
3.1.3. 衬底、外延技术迭代与量产能力是 SiC 器件降本主要限制因素
在 SiC 器件的产业链中,衬底和外延是价值量最大的两个环节。
衬底在 SiC 器件成本占比超过 45%,良率与产能仍为器件发展的限制 条件,国内头部企业市场份额正逐渐扩大。衬底作为 SiC 器件中最具价 值量的环节之一,大部分市场份额常年被海外巨头占据。随着近年国内 衬底企业在产能和良率上的持续进步,国产衬底产业存在较大增长空间: 日本权威行业调研机构富士经济公布了《2024 年版新一代功率器件&相 关市场现状和展望》报告,报告测算得到天岳先进导电型碳化硅衬底材 料市场占有率排名全球第二,仅次于 Wolfspeed。通过国内产能持续爬坡, 国际上与英飞凌、博世等海外企业的陆续合作,天岳先进业务的快速发 展一定程度上反映了我国 SiC 衬底行业正走向成熟。 拉晶技术受到限制,大尺寸衬底进度仍与国际厂商存在较大差距。 Wolfspeed 于 2022 年成为全球首个能实现 8 英寸 SiC 晶圆量产能力的企 业,而到目前为止,国内厂商在单晶衬底方面仍以 4 英寸、6 英寸为主。 2022 年起,国内部分企业相继发布 8 英寸衬底小批量研制,但尚未实现 8 英寸衬底的量产。SiC 长晶的难点主要在于高温环境下的工艺控制, SiC 的熔点约为 2700 度,相比之下 Si 的熔点仅在 1410 摄氏度左右,SiC 需要设备具备承受极高温度并能长时间保持均匀性的特性,这对设备以 及拉晶工艺提出了极大的挑战。
SiC 外延双寡头统领全球市场格局,国内龙头产能处于扩张阶段,出货 量已为行业前列。SiC 外延属于产业链第二大价值量环节,在 SiC 器件 中占据了 25%以上的成本。从市场格局来看,Wolfspeed 与昭和电工占 据全球超过 90%市场份额;国内龙头企业东莞天域、翰天天成多期外延 产能正逐渐投产,目前距离国际产能水平仍有差距,但部分企业在出货 量上已经展露出一定优势,如翰天天成 2022 年出货量超 11 万片,已为 市场领先水平。
3.1.4. SiC 器件市场长期被国外巨头占据,国内厂商加强国际合作,车 规级产品有望爆发
器件处于 SiC 产业链的中游环节,同 800V 高压平台直接相关,是影响 800V 车型量产最为关键的因素之一。 欧美日厂商引领全球市场,技术迭代+产线完备打造行业优势。根据 Yole 2021 年数据统计,意法半导体、英飞凌、Wolfspeed、罗姆、安森美、三 菱电机占据 SiC 功率器件 99%市场份额。以业内龙头意法半导体为例, 该公司占据全球 41%的市场份额,其下产品包括 SiC 二极管、SiC MOSFET、SiC 模块和 SiC 晶圆等,覆盖了从 600V 到 1700V 的不同电 压等级,其 SiC MOSFET 采用平面技术,目前已有 650 万辆纯电动汽车 搭载其 SiC MOSFET 产品,应用场景包括电驱逆变器、车载充电机、 DC/DC 等,将于 2024 年量产第四代产品。

海外厂商加大国内市场布局,国内厂商 SiC 器件厂商机遇与挑战并存。 海外厂商起步早,产业链布局完善,目前仍在加大在中国市场的产业链 布局,对国内厂商形成了有力竞争;同时,近年来业内龙头厂商逐渐加 强与国内厂商在器件设计、制造、封测环节上的合作,这有利于国内车 载器件厂商技术迭代与研发,在 SiC 上车起量的关键阶段,国内厂商面 临着机遇与挑战并存的局面。国内与国外厂商在中国市场同步加大投入 将在未来推动中国车载 SiC 器件市场迎来放量阶段。
国内企业设计工艺持续精进,产能稳步爬坡,国内 SiC 功率器件迎来车 规产品大爆发。国内头部 IDM 厂商在产能上持续扩张,并在导通电阻、 开关性能等工艺方面取得进展,持续迭代,助力产品升级换代。同时, 2023 年国内众多中小企业开始入局车规级 SiC MOSFET 产品,其中,导 通电阻最低可达 6 mΩ,已达业内领先水平,市场中也有越来越多的 Tier One 和整车厂接受国产车规 SiC 功率器件,车规 SiC 器件有望迎来大爆 发。
3.1.5. 四大“800V”车规运用场景开启 SiC 替代
SiC 器件优越的物理特性天然适合 800V 高压平台,四大主要运用场景 均开启 SiC 替代。根据英飞凌的测试,若将电压提高到 800V,使用 SiC MOSFET 替代 Si-IGBT 有望将系统效率提升 7.6%,SiC 系统在 3kW/L 的功率密度下可实现 97%的峰值系统效率,而 Si OBC 仅可在 2kW/L 的 功率密度下实现 95%的效率。相较于硅基材料,SiC 器件体积更小、功 率密度高、耐压强,应用在 800V 平台中能够产生更高的系统优势,可 以达到充电快和续航里程远的综合效益,主驱、DC/DC、OBC、直流充 电桩是未来规模应用的主要场景。
3.2. 其他高压零部件将迎来数量+质量双提升
电气平台从“400V”到“800V”的转型为电驱动、小三电、高倍率电池以及 继电器等小型零部件亦带来价值增量,将使得相关高压零部件厂商受益。
3.2.1. 高功率、高压化、集成化是电驱动厂商发展的主要方向
三合一电驱动目前为市场主流,多合一产品正加速量产。主要电驱供应 商主要有三大类别,第一类是以特斯拉为代表的整车厂自供体系;第二 类是以联合电子、博格华纳为代表的传统燃油车 Tier1 转型厂商;第三 类是以汇川技术、英博尔为代表的工控企业。目前,三合一电驱动系统 已经成为市场主流,2022 年市场占比超过 50%,多合一产品正加速量产, 市场占比由 2021 年的 1.2%增加至 2022 年的 7.2%,其中弗迪动力、特 斯拉、联合电子为国内前三大供应商。
高功率、高压化为电驱动一大发展方向,能匹配“800V 高压平台”的电驱 +电源集成产品陆续量产。广汽埃安夸克、小鹏、汇川技术等厂商已具备 量产高集成度三合一或多合一电驱动系统的能力,其适配“800V 高压平 台”的集成产品大部分已使用SiC器件,峰值功率普遍可达240kW以上。 电机散热系统大多数采取油冷方式,相对于水冷电机,油冷电机冷却效 率高、轻量化、散热性能好、绝缘性能好,内部温度平均比水冷电机低 15%。除此之外,比亚迪 e3.0 平台、长安 EDS2-B、东风均采取电驱+电 源集成的方式,形成多合一一体化产品,这些产品均可适配 800V 电压 平台。
3.2.2. 小三电头部厂商陆续推出“800V”产品,市场集中度持续提升
小三电头部厂商陆续推出“800V”产品,市场集中度持续提升。小三电中 需要配套升级的产品主要是 OBC 与 DC/DC,技术路线变革主要体现在 SiC 功率器件的替代上。 OBC 与 DC/DC 市场格局较为集中,目前均已开启 800V 布局。从 TOP 企业类型来看,新能源乘用车 OBC 与 DC/DC 市场企业主要为两大阵营: 一类是以比亚迪、特斯拉为代表的主机厂;一类是以威迈斯、英博尔、 信锐科技为代表的第三方供应商。目前,第三方龙头厂商英博尔、威迈 斯、富特科技、欣锐科技等均已推出 800V 高功率小三电产品。根据 NE 研究院统计的 2022 年国内市场 OBC 装机量来看,市占率前五位分别是 弗迪动力(28.66%)、威迈斯(20.44%)、特斯拉(8.61%)、英博尔(8.56%) 和富特科技(8.47%),总体市场较为集中。威迈斯推出的 800V 车载继 承电源产品已获得理想、小鹏、零跑等客户的定点订单,欣锐科技作为 最早应用碳化硅方案的车载电源第三方提供商,已成为比亚迪、小鹏、 极氪供应商。随着800V 车型持续上量,与之适配的三小电需求将会持 续迸发。
3.2.3. 高倍率电池系统提升充电效率,电池企业纷纷推出快充方案
高倍率电池系统能大幅提升充电效率,主流电池企业纷纷推出快充方案。 “800V 高压平台”未来可达到 300-500kW 充电功率,若叠加采用高倍率 电池系统,可实现几分钟内快速补能。目前快充电池以三元体系为主, 头部厂商可量产 6C 三元动力电池。宁德时代 2023 年陆续发布 CTP3.0 三元麒麟电池、4C 磷酸铁锂神行超充电池,均支持 4C 超快充;蜂巢能 源、欣旺达、中创新航等电池厂商陆续发布高倍率电池方案,4C 电池将 成为 800V 车型主流电池,6C 电池也将逐渐崭露头角。
3.2.4. 继电器、熔断器、薄膜电容、高压连接器、AFE 芯片数量+技术 双提升
高压环境将增加继电器的使用数量以及规格。继电器的运作原理是通过 小电流来控制高压大电流的开关,由于目前充电桩大多数是 400V 充电 桩,因此车企为了兼容低压直流充电桩充电,往往采取车内安装升压模 块的方式升压充电,作为高压开关的继电器用量将增加 1-3 只。除此之 外,高压环境下需要把“吹弧磁铁”的铁氧体材质置换成磁性更强的稀有 金属,价格也会有一定程度的提升。继电器的技术壁垒相对较低,国内 继电器相关企业主要有宏发股份、比亚迪等,800V 平台逐渐普及,将有 利于国产继电器厂商销量提升。
熔断器技术升级,激励熔断器迎来纯增量市场。熔断器是一种与继电器 配合进行电路安全保护的器件,因此规格需要与升级后的继电器进行匹 配。且 800V 环境的高功率运作下,传统电力熔断器与继电器的匹配与 老化问题愈发严重,激励熔断器可以识别异常电流信号快速切断铜排, 对电路实施主动保护,区别于特斯拉将激励熔断器代替保险丝的方案, 国内 800V 高压平台高端车型更容易采纳激励熔断器电力熔断器串联的 方案,这种方案使得激励熔断器成为高压车型中的纯增量部分。 薄膜电容用量提升,高耐压、小型化为主要趋势。薄膜电容在新能源车 的主要应用是在电控、OBC 与 DC/DC 上,800V 高压环境会使得逆变器 电磁兼容问题更严重,因此需要增加薄膜电容用量以消除电磁干扰对车 内其他电子设备的干扰。除此之外,800V 电驱系统对耐压度要求增加, 薄膜电容需要通过介质膜薄化、优化蒸镀技术等方式提高性能。
高压连接器在高压环境中用量得以提升。高压连接器主要运用于大三电 (动力电池、电机、电控)和三小电(DC/DC、车载充电机、PDU),和 导电线缆同步作用,将电池包的能量传输至各个器件,高压环境对于高 压力连接器规格要求提升,用量也随之增加,高压架构的发展将使得车 载连接器企业受益。 电池管理系统中 AFE 芯片用量增加,国内相关供应商尚处于研发中。 模拟前端(AEF)位于电池监控电源(CMU)中,负责监测与采集各个 电芯状态,支持 BMS 的计算,总电压和单体电芯电压决定了 AFE 芯片 用量,400V 平台的串联电芯典型数量为 96 个,而 800V 平台的串联电 芯典型数量为 192 个,因此 AFE 芯片用量将大幅增加。

3.3. 车企积极布局 800V 平台车型,800V 已成产业趋势
国内 800V 规划日渐活跃,2024 年 800V 车型有望大量爆发。早在 2015 年,比亚迪发布的秦 EV300、唐 DM 车型中,就已经出现的 800V 平台 的端倪,这两款车型电池额定电压分别达 633.6V、712V,和当时的充电 基础设施完全无法匹配,因此高压概念并未受到市场重视,直到 2019 年 全球首款 800V 平台量产车型保时捷 Taycan Turbo S 问世。伴随着新能 源汽车市场竞争日益激烈、补能焦虑日益凸显,以及 SiC 产业的不断成 熟,800V 平台车型开始逐步活跃于大众视野。近年来,国内车企在高压 车型的布局上尤为积极:小鹏在 2022 年推出的 G9、2023 年推出的 G6 和 2024 年将推出的 X9 均标配 800V 高压 SiC 平台;华为鸿蒙智行全面 加速 800V 高压动力平台布局,旗下问界 M9、智界 S7 等车型均搭载华 为 800V 高压平台;吉利旗下极氪、路特斯等品牌新车型标配 800V 架构 等。长期坚持高电流路线的特斯拉亦在最新 Cybertruck 车型上选择拥抱 800V、甚至在 Semi 重卡上采用更高的 1000V 架构。800V 已成为中高端 车型未来在电气架构领域竞争的重点方向。
3.4. 充电设施建设痛点突出,车企加大超充建设布局中
3.4.1. 800V 超充建设仍处起步阶段,部分车企成功探寻超充次优解
充电桩可分为慢充、快充、超充三种类型,目前慢充仍为市场主导。交 流充电桩一般为慢充,充电功率在 22kW 以下,直流充电桩功率大于 22kW,其中 60kW-240kW 为快充桩、250kW 以上为超充桩,目前已建 成的充电桩仍然以慢充桩为主导。2023 年中国充电联盟内成员单位总计 上报公共充电桩总计 272.6 万台,同比增长 51.7%,其中直流充电桩桩 120.3 万台,交流充电桩 152.3 万台,快充桩占比不足 45%。快充及超快 充基础设施建设相比于电动汽车技术的更新换代尚显滞后。
800V 超充建设当前仍处起步阶段,部分车企成功探寻超充次优解。目前 800V 高压充电桩主要采取的仍是 2015 年旧版充电国标,电流超过 300A 的公共超充桩仅 2%。除此之外,大部分高压车型无法长时间保持峰值功 率充电,随着充电时间增加,系统会通过降低电流来进行自我保护。为 解决这两大难题,比亚迪另辟蹊径,采取“双枪超充”的方式解决短期基 础设施建设不足带来的问题。作为国内最早实现可搭载 800V 高压平台 的车企,比亚迪采取的技术手段与其他新势力车企截然不同,腾势系列 搭载两个国标 400V 并联充电口,而底层电池、热管理模块采用 800V, N7 车型最大充电功率可达 230kW。比亚迪还采取了复合直冷技术,电 池双面铺设制冷板,增大冷却面积,解决大电流下电池包发热的问题, 区别于大多数通过提高电压来提高充电功率的思路,比亚迪通过解决底 层电池、热管理角度入手,实现了“不挑桩”的目的。
3.4.2. 车企及产业链正积极进行超充建设布局中,800V 超快充建设未 来将逐步完善
极氪汽车 800V 超快充桩保有量位居第一,未来整车厂将加大自建超充 桩布局。截至 2023 年 12 月,吉利旗下极氪汽车自建超快充桩数量为 2409 根,跟随其后的分别是蔚来 1063 根、小鹏 424 根、理想 325 根。 随着 800V 超充车辆保有量持续增加,未来各家车企也将继续加大超充 建设的投入。
产业链相关企业积极发布超充产品。小鹏、理想、蔚来、埃安等国内主 要新能源车企均已发布旗下 800V 超充桩产品。如极氪于 2022 年 6 月自 研量产 600 kW 全液冷充电桩极充 V2,2023 年 9 月发布极充 V3,其单 枪输出功率最高可达 800 kW 的同时由于采用高压平台,充电线缆也更 轻便。配套充电站方面,极氪极充站标配智能功率共享技术可根据每台 在充车辆受电情况实时智能分配功率,最大化利用功率池,让每个桩都 可成为超快充。还采用并柜整合输出方式将站点周围变压器的零散余量 接入多个功率柜、灵活搭配储能模块等方式降低大功率超快充站选址限 制、缓解电网压力。除此之外,供应链端亦积极研发推出 800V 超充桩, 如华为发布的新一代全液冷超充最高支持 1000V 充电电压,实现最大 600 kW 功率。
液冷超充技术成为行业竞逐焦点。传统快充方案采取风冷+自然冷却的 方式,散热能力有限,因此需要更粗的铜线来满足大功率下系统的散热 需求,而液冷技术能够通过乙二醇等散热介质提高系统散热能力,一方面降低安全隐患,另一方面可节省铜线用量,是超充桩散热技术的重要 发展方向。特斯拉是业内最早部署液冷超充桩的车企,其 V3 款超充桩 单枪可实现 250kW/600A 充电。从国内来看,华为数字能源于 2023 年 12 月表示,将于 2024 年于全国 340 多个城市和主要地区部署超过 10 万 个全液冷超快充充电桩,这将带动国内液冷超充企业业绩增长,枪线、 模块、充电桩等相关环节的企业积极布局,如永贵电器液冷欧标直流充 电枪已通过 CE、CB、TUV 认证,认证充电枪电流规格达 500A、电压达 1000V;英飞源已量产 640kW 全液冷超充系统,可实现 800V/600A 超 充。
SiC 技术于充电桩领域崭露头角。大功率充电桩由于需要高频转换开关 而会产生较多转化损耗,SiC 凭借耐高压、耐高温、开关频率快的特性 可以在增加充电桩输出功率的同时减少损耗。由于 SiC 成本仍然为其应 用于充电桩的一大限制因素,且 400kW 超大功率充电桩本身存在一定 技术难度,因此超大功率充电设备的 SiC 渗透率并不高。2024 年以来, 国内外企业陆续发布 SiC 超充产品,如能效电气发布 U60 快充桩、S600 全液冷超充产品,均采用自研的 SiC 液冷超充模块;思特克宣布其最新 开发的 11kW/22kW/43kW 直流充电桩搭载了 SiC 技术;荷 兰企业 Kempower 宣布旗下全部产品推出采用 SiC 技术的充电桩平台,且与 Milence 签订合同,为其提供重型 SiC 直流充电解决方案。随着未来 SiC 成本下行以及超快充电桩技术的突破,SiC 在充电桩上的应用将会逐渐 广阔。
超充建站层面,主流智能汽车车企均已公布庞大的超充站建设计划,未 来数年内 800V 配套超充站有望在国内大规模建设、普及。蔚来提出在 2023 年提前达成“千站”计划后,要在 2024 年再新建 1000 座换电站、布 局 2 万根充电桩。小鹏汽车规划至 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,覆盖国内百城。理想发布电能 战略,计划至 2023 年,布局 300 个 5C 超充站,至 2025 年,布局 1000+ 个 5C 超充站,实现对 90%国家级干线高速的覆盖。极氪发布“千站万桩” 计划:2024 年累计建设 1000 个极充站、2026 年累计建设 10000 根极充 桩。华为数字能源总裁侯金龙在 2023 世界新能源汽车大会(WNEVC) 表示计划于 2024 年率先在全国 340 多个城市和主要公路部署超过 10 万 个华为全液冷超充桩。800V 相关基建在未来大量建设将为 800V 平台在 新能源产业普及渗透提供坚实基础。

4. 发展趋势:车企积极布局 800V 平台车型与配套超 充布局,2024 年 800V 有望大量爆发
4.1. 国内产业已完成相应准备,为 800V落地扫清快充技术和 基建障碍
现有基础设施建设以及高压路线尚处于逐步推进的起量阶段,基建不足 和成本压力是主要的挑战。区别于国内“800V”热潮,特斯拉则选择持续 走“大电流”路线,除部分皮卡车型外,其主力车型依旧保持 400V 架构。 一方面,特斯拉 V3 桩已形成大规模建设,大电流模式下已具备规模优 势。另一方面,特斯拉目前的战略规划着重于提高产量,高功率超充电桩建设、车内高压器件替换将面临短期内较大成本压力,因此或基于总 体经济效益的考量,尚未在其主流车型 Model3、Model Y 等系列中布局 800V。
4.1.1. 充电基础设施缺乏、电网压力是 800V 车型的第一大阻碍
大功率超充电桩成本压力较大,一桩多枪不利于单车充电效率的提升。 大功率充电电线发热量大,需要使用液冷充电枪快速降温,而液冷充电 枪成本较高,华为全液冷充电桩市场价在 60 万元以上,对比传统风冷充 电桩市场价仅需 3-5 万元。同时,超充桩往往采取“一桩多枪”的形式, 对功率进行动态分配,但在能为多台电车充电的同时也降低了单车独享 大功率的机会。
充电桩运营商投资回收期长,充电桩使用率低,盈利能力备受压力。充 电桩的直接管理者是运营商,运营商的盈利主要来自服务费、电力差价、 补贴、增值服务等。其中,收取充电费用以及服务费是主要的利润来源, 而充电桩前期投入成本高,投资回收期长、充电桩利用率较低。此外, 长期以来国家对于充电设施建设的补贴为落实到实际运营中,部分企业 会选择租金成本更低而非需求更旺盛的地段进行建设,不少充电桩由于 疏于维护成为无法使用的“僵尸桩”。 电网压力增大,电网配合建设是一道长久艰难的工程。电动汽车充电形 成的最高电力负荷于 2023 年有望达到 1 亿千瓦,已占到目前全国最高 电力负荷 12 亿千瓦的 5%。而 800V 超充桩充电功率能达 400-500kW, 是目前主流快充桩的 4-6 倍,因此 800V 车型的普及将对配网承载力以 及储能站的配备造成较大压力。高压电动汽车的规模化普及不仅需要充 电桩的升级换代,还需要大范围的充电生态网支持,并根据电网错峰充 电,更为理想的方式是汽车能在不运行的时候反向为电网送电,达到良 好稳定的电力供给,这将是一项长期而伟大的工程。
4.1.2. 回顾充电桩发展首波浪潮,快充建设将成未来产业主攻方向
新能源汽车的迭代往往是需求先行,伴随政策的引导而后基建起,借鉴 历史经验来看,充电基础设施建设将通过时间换空间的方式渐渐达成。绿色转型是国家能源战略大势所趋,电车是解决我国石油自给问题的一 大抓手,而新能源车型续航、充电慢是自新能源车诞生以来不变的需求 痛点,频频出台的相关政策也在围绕这个痛点展开。 2006-2015 年属于充电设施建设萌芽时期,充电基础建设落后于电车推 出,政策引导下充电桩行业逐渐形成。2004 年比亚迪推出国内二十一世 纪第一款新能源(纯电+混动)车型,而第一个充电站建设于两年后的深 圳,2006 年中国才正式开启“电动汽车”时代。2008-2009 年,江淮、北 汽开始陆续推出新能源车型,彼时新能源车型最受诟病的一点就是基础 充电设施少,充电标准、充电接口不统一,此时国内仅有一座商业运营 充电站,为解决这一难题,比亚迪 F3DM 上市,这是国内第一款可以直 接用家用 220V 电源充电的新能源汽车。2011 年国家主导大规模建设, 国家电网示范项目开启;2014 年-2015 年,陆续推出促进充电基础设施 的配套政策,开始大力支持电桩行业发展,首次将新能源汽车购置环节 与充电设施补贴挂钩,并于《电动汽车充电基础设施发展指南(2015-2020 年)》中提出到 2020 年车桩比达到 1:1 的目标,随后民间资本进入市 场,诞生了特来电、星星充电等优秀民企。
2016-2022 年,电动汽车进入高速渗透时期,充电设施也随之高增,续航 充电问题痛点显著,政策车企齐发力。随着近年来电车高速渗透,2022 年,国家正式将充电桩建设纳入七大“新基建”的范畴,充电桩建设开启 高速增长。进入 2023 年,高压车型逐步出现在大众视野,充电桩配套问 题逐渐突出,政策端持续催化,车企着手布局超充桩建设。2023 年 4 月 28 日中央政治局会议中首次将充电桩工作放在首位提及,并在 5 月 5 日 国常会通过加快推进充电时基础设施建设的实施意见,促进未来配套充 电桩建设与电车增速逐渐匹配。
4.2. 电气系统及零部件制造成本尚处高位是 800V发展的第二大障碍,“半 800V”成为主流的性价比方案
800V 配套零部件均需更新换代,短期内成本压力高涨。800V 高压平台 对全车零部件的抗压能力和热管理能力提出了新的要求,在高压部件的 规格、技术、用量上得到提升,在成本上给了整车厂较大的压力。具体 来看,电控功率器件 Si IGBT 到 SiC 功率器件的替换将带来最大增量, SiC 目前成本大概是 Si 器件的 2-4 倍,电控功率器件的替换将带了大约 2300 元的价值增量;小三电如 OBC、DC/DC 等也是 SiC 器件替代的主 要场景,电压多样化将增加 DC/DC 的用量;继电器、熔断器、薄膜电 容、金属软磁粉芯、高压连接器均面临用量、规格双重提升,400V 平台 升级为 800V 高压平台或将合计增加整车成本约 4090 元。

为应对电气系统带来升级的成本压力,很多主机厂采取如前文所述新增 400V-800V DCDC 升压、400V 动力电池串并联等半 800V 架构作为高性 价比的过渡方案。如保时捷 Taycan,车内存在 800V、400V、48V、12V 四个电气架构,通过配备 3 个 DC/DC 降压为车内低压系统提供用电; 现代 Loniq 5 同样通过 DC/DC 模块满足车内 12V 架构的需要;奥迪 PPE 则采取 400V 动力电池串并联的方式,通过“组合充电”技术,在充电时 自动将 800V 电池切换成两个额定电压 400V 的电池并联的形式进行充 电,而不再需要额外升压器。
当前国内众多车厂中,采取全域“800V”的车企屈指可数。从技术架构来 看,小鹏 G9 在车载电器上采用了美的旗下威灵公司量产的 800V 碳化 硅空调压缩机,且为了兼容 400V 充电桩,采取电驱升压技术,仅通过 一个传统的 DC/DC 支持车内传统用电器的降压使用。智己 LS6 是 2023 年实现量产“全域 800V双碳化硅平台”的车型,极速 252km/h、零百<3.5s, 5 分钟最多可迅速增加 200km 续航。极氪 2024 年 2 月推出 2024 款极氪 001,该车型从核心三电到热管理,每个器件都适配 800V 以上电压。全 域“800V”方案的商业化落地将是车企未来发展的主流趋势。
4.3. 扫清障碍后,未来 800V 高压平台下沉市场空间广阔
激烈市场竞争背景下,“800V”车型价格正向 20 万级别车型下沉。早期 上线的 800V 车型主要集中于 30 万元以上的中高端汽车。最早上线的 800V 车型为保时捷 Taycan,2021 年 7 月上市,售价在 89.8-183.8 万, 而后国内车企开启 800V 布局,已上市的车型普遍售价在 30 万元以上, 仅小鹏 G6、智己 LS6、华为智界 S7、极氪 7 系列、星图 ES 价格在 30 万元以内。在当前国内激烈市场竞争背景下,根据各家车企官宣 800V 车 型进展中来看,未来 1-2 年将是 800V 车型量产阶段,且价格普遍降至 30 万以内,800V 车型未来有望实现中低端车型加速渗透进而迎来更广 阔的发展空间。
(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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