如何終結(jié)續(xù)航焦慮，一直是困擾電動(dòng)車普及的頭號(hào)難題，以至于影響大家購買電動(dòng)車決策的10個(gè)靈魂拷問當(dāng)中，有7個(gè)都是與充電和電池相關(guān)，比如電池衰減、充電便利、補(bǔ)能速度等。
雖然沒有任何一家車企的產(chǎn)品能100%解決這些問題，但至少需求已經(jīng)足夠明確，畢竟說到底人類社會(huì)的發(fā)展史，本質(zhì)就是由需求提供的源動(dòng)力，需求帶動(dòng)了技術(shù)的進(jìn)步和迭代。
于是，我們看到了各大車企八仙過海似的給出了自己的技術(shù)路徑，有些從材料領(lǐng)域想方設(shè)法增加鋰電池的能量密度，有些大規(guī)模建設(shè)自家品牌超級(jí)充電樁，還有一些則選擇用換電體系來緩解補(bǔ)能問題，但更多的還是選擇通過提高電壓或電流的方式來提高充電功率。
【資料圖】
電池能量密度的突破本質(zhì)上是一個(gè)化學(xué)問題，它并非車企的強(qiáng)項(xiàng)，即便是電池領(lǐng)域的高端玩家寧德時(shí)代，其產(chǎn)品的技術(shù)迭代也并非一蹴而就，目前主流的純電旗艦車型，在CLTC工況下續(xù)航普遍能夠達(dá)到 600-700公里，高能量密度的凝聚態(tài)電池也尚處于還未量產(chǎn)的階段。
而建設(shè)充電樁和換電站，不僅需要在規(guī)劃期間做好與產(chǎn)品之間的匹配，對于長期的規(guī)模化投入也是一場極大的考驗(yàn)，因此提高充電功率成為了一種最為普世的技術(shù)途徑。
800V超充為何受寵？
初中的物理常識(shí)告訴我們，電流在單位時(shí)間內(nèi)做的功叫做電功率，要想縮短充電時(shí)間，就必須提高快充功率。根據(jù)物理公式 P=UI，提升充電功率的方式無非有兩種——要么提升電流I，要么提高電壓U，實(shí)際情況是采用這兩個(gè)方案的廠商都有。
目前主流充電槍的最大電流限制 500A，所能達(dá)到的充電功率大約為 200kW，目前車企普遍使用 400V 電壓系統(tǒng)，250A 電流，達(dá)到 100kW 的充電功率，按單車帶電量 50kWh 計(jì)算，電池由 30%SOC（State of Charge，電池荷電狀態(tài)）充電至 80%SOC 需要 30 分鐘，而 800V 高壓可以達(dá)到 300-500kW 的充電功率，僅需 6-10 分鐘就能迅速補(bǔ)能。
大電流方案其實(shí)對于汽車整體架構(gòu)、熱管理以及電池BMS的要求都提出了更高的要求，比如根據(jù)另一個(gè)物理公式：P=I^2*R來看，充電過程中的發(fā)熱問題只和電路中的大電流相關(guān)，和電壓無關(guān)，當(dāng)電阻一定的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生很高的熱損失。
因此，更多的品牌開始選擇高電壓方案，從原理上來看高電壓吸引主機(jī)廠的一大魅力在于，能夠保證一定充電功率的前提下，提高電壓能使電流降低，熱損耗減少，從而提升充電效率，達(dá)到節(jié)省充電時(shí)間的最終目的。
另外，800V 的電機(jī)比 400V 的要輕，疊加一些線纜和部件減少，可以減輕車身重量。根據(jù) Future eDrive Technologies 的測算，800V 平臺(tái)下 100kwh 的電池有望減重達(dá) 25kg。
根據(jù)公開消息統(tǒng)計(jì)，目前全球已推出或確定推出 800V 系統(tǒng)的汽車品牌多達(dá) 20 多家。從平臺(tái)架構(gòu)來看，包括比亞迪e 平臺(tái) 3.0、通用奧特能平臺(tái)、吉利 SEA 浩瀚平臺(tái)，奔馳 EVA、現(xiàn)代 E-GMP、小鵬扶搖架構(gòu)等都能夠支持 800V 高壓。
最早搭載 800V 高壓充電系統(tǒng)的車型是保時(shí)捷 2019 年推出的純電動(dòng) Taycan，按照官方數(shù)據(jù)，其能夠?qū)⒊潆姽β侍嵘?350kW，在 22.5 分鐘內(nèi)電量從 5% 充到 80%，這對當(dāng)時(shí)動(dòng)輒需要 1 小時(shí)的充電時(shí)長來說可以說是質(zhì)的飛躍。
反觀國內(nèi)市場，吉利 2020 年發(fā)布純電 SEA 浩瀚架構(gòu)時(shí)，其技術(shù)儲(chǔ)備中就支持 800V。次年，比亞迪推出了支持 800V 的 e 平臺(tái) 3.0，但出于成本和市場節(jié)奏的考慮，吉利和比亞迪當(dāng)時(shí)都沒有推出搭載 800V 平臺(tái)的量產(chǎn)車型。
2022 年，極狐阿爾法 S 的 HI 版首發(fā)支持 800V 快充，但可惜的是，其充電功率只有187kW，且該車在市場銷量表現(xiàn)平平，并沒有掀起多大浪花。
再往后，小鵬 G9 的推出讓業(yè)界對 800V快充有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，官方還曾喊出了“充電 5 分鐘，續(xù)航 200km”的口號(hào)，近期剛剛上市的小鵬G6車型同樣也將800V作為一項(xiàng)核心賣點(diǎn)。
如果說此前車企對 800V 的探索僅是停留在技術(shù)層面，那么今年以來，車企正在進(jìn)一步讓800V技術(shù)覆蓋到更多量產(chǎn)車當(dāng)中，它也成為了“技術(shù)軍備競賽”的重要一環(huán)。
今年以來，小鵬汽車宣布搭載扶搖架構(gòu)的車型將標(biāo)配全域 800V 高壓 SiC 碳化硅平臺(tái)，包括動(dòng)力電池、電驅(qū)、電源、壓縮機(jī)等所有高壓部件整車全域 800V。另外，今年發(fā)力純電戰(zhàn)略的理想汽車在上海車展期間也推出 800V 超充純電解決方案。
“整車選擇高壓架構(gòu)是實(shí)現(xiàn)超級(jí)快充的必經(jīng)之路，800V 左右的高壓在當(dāng)前可支撐實(shí)現(xiàn) 2C 快充。”華為數(shù)字能源技術(shù)有限公司智能電動(dòng)領(lǐng)域副總裁彭鵬曾說道。
毫無疑問，相比于其他提高充電功率的解決方案，800V 高壓快充的優(yōu)勢非常明顯，作為目前主流車企們解決補(bǔ)能難題的核心路徑，800V 高壓快充已成為行業(yè)的默契共識(shí)。
規(guī)模化前的兩座大山
既然800V超充技術(shù)路徑已經(jīng)成為大多數(shù)車企的共同選擇，那為何發(fā)展至今依然并沒有大規(guī)模應(yīng)用，究其核心原因在于，背后還存在著「升級(jí)成本」和「電網(wǎng)配套」兩座大山要翻越。
從完整的充電鏈路來看，要實(shí)現(xiàn) 800V 高壓充電，它需要充電樁、車輛接口、電源管理系統(tǒng)、電池的配合才能完成，它并不是單純提高電壓就能一勞永逸的升級(jí)，相比于此前的400V充電架構(gòu)，每個(gè)環(huán)節(jié)的零部件都需要進(jìn)化，要從產(chǎn)品定義甚至造車平臺(tái)階段開始規(guī)劃。
設(shè)計(jì)之初，首先需要將整車電壓水平定在 800V，電池包內(nèi)部電芯也要以 800V 為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)串并聯(lián)拓?fù)洌詈蟠_定電芯容量。其次是電機(jī)、空調(diào)、充電機(jī)、DCDC（直流變換器） 支持 800V 以及相關(guān)線束，高壓連接器等所有高壓回路上的其他零件按照 800V 要求設(shè)計(jì)、開發(fā)、驗(yàn)證。
之所以讓800V這兩年備受車企關(guān)注，還有一個(gè)材料學(xué)領(lǐng)域的神助攻，得益于第三代半導(dǎo)體材料的突破，碳化硅器件得以替代傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體器件，加速了800V 的規(guī)模化應(yīng)用。
與 Si MOSFET 相比，相同規(guī)格的 SiC MOSFET 尺寸可大幅減小至原來的 1/10。此外與 Si IGBT 模塊相比，SiC MOSFET 模塊能實(shí)現(xiàn)低功耗下的高頻開關(guān)，有助于減小濾波器、變壓器和散熱器的尺寸，變相提升 800V 架構(gòu)下新能源汽車的續(xù)航能力。
ST 數(shù)據(jù)顯示，在 400V 電壓平臺(tái)下，SiC 能夠比硅基 IGBT 器件擁有 2%~4%的效率提升，而在 750V 電壓平臺(tái)下其效率提升幅度則可增大至 3.5%~8%，可以看出，汽車平臺(tái)高壓等級(jí)越高，SiC 的優(yōu)勢將越明顯。
雖然 SiC- MOSFET與 Si-IGBT 相比耐壓程度更高，且開關(guān)損耗低、效率高，但相對應(yīng)地，其價(jià)格也高。據(jù)科銳（Cree）預(yù)測，從整車成本看，只有當(dāng) SiC 器件成本下降至 Si-IGBT 成本的 2 倍時(shí)，應(yīng)用 SiC 器件的整車成本不高于搭載 Si-IGBT 的整車成本。
近年來雖然有國內(nèi)廠商在布局 SiC 產(chǎn)品，但仍難以滿足車規(guī)級(jí)市場的需求，難以實(shí)現(xiàn) SiC 器件自主供應(yīng)，極度依賴進(jìn)口。短期來看，SiC 器件成本難有改善。
這還僅僅一個(gè)小部件帶來的成本提升，在樁端，布局高壓充電同樣需要大量的成本投入。大比特產(chǎn)業(yè)研究室的數(shù)據(jù)顯示，一個(gè) 30kW 的充電模塊所需的磁性元件（充電樁的核心元器件之一）價(jià)值量在 600 元左右，普通 60kW 的直流充電樁磁性元件價(jià)值量在 1200 元左右，而 800V 平臺(tái)下 480kW 快充樁的磁性元件價(jià)值量將高達(dá) 9600 元左右。有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，一個(gè) 360kW 超充的成本估算約為 23 萬到 26 萬之間。
“整個(gè)行業(yè)對 800V 有一個(gè)還沒認(rèn)真思考的問題：800V 的電池需要更小的電芯，電池成本會(huì)更高。這個(gè)成本問題如何去解決，目前業(yè)內(nèi)沒有一家公司能夠給出答案。”李斌曾說道。
成本問題之外，800V 在規(guī)模化應(yīng)用上還面臨電網(wǎng)容量問題。在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)前各家車企宣傳的峰值功率并不代表用戶使用場景下的真實(shí)功率，充電功率與當(dāng)?shù)氐某潆姯h(huán)境、電力使用情況掛鉤，實(shí)際情況并沒有車企們所宣揚(yáng)的那么理想。
理論上而言，800V架構(gòu)下的充電功率高達(dá)480kW，是目前主流直流快充樁的4-6倍，但事實(shí)是，我國目前很多地區(qū)的配電網(wǎng)，都沒有配備這么大功率的變壓器。其次，新能源車主們充電的不確定性和隨機(jī)性，也會(huì)無形之中加大電網(wǎng)優(yōu)化控制的難度。
蔚來總裁秦力洪也對此表示過類似的擔(dān)憂，“真正的充電速度不光取決于車，還要取決于電，如果只有 800V 的車，沒有 800V 的電，不能說把池子做大水就裝得快，問題是水沒有那么多，目前很多地方電力容量有限，改造難度很大，如果幾輛電動(dòng)車同時(shí)充電，電流分配更難以支持。”
根據(jù)國家電網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院的一份報(bào)告顯示，電動(dòng)汽車的充電行為與居民日常用電負(fù)荷曲線的擬合度高達(dá)85%。有說法指出，如果在現(xiàn)有的配電系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施下將現(xiàn)有充電樁升級(jí)為 800V 超充站，集中使用可能導(dǎo)致的夸張的情況是電用設(shè)備被燒毀；這好比是，大學(xué)宿舍里同時(shí)使用十幾個(gè)電吹風(fēng)這類高功率電器導(dǎo)致停電。
由此，在迎來電網(wǎng)容量擴(kuò)容之前，業(yè)內(nèi)提出了一種解決方案——即配置儲(chǔ)能以緩解配電網(wǎng)的壓力；這相當(dāng)于原本是由一個(gè)大壩集中提供電力，現(xiàn)在增加了蓄水池，增加電力出口通道。
然而，儲(chǔ)能站的成本一般在幾百萬到數(shù)千萬美元之間，結(jié)合現(xiàn)有的 800V 車型體量來看，通過布局儲(chǔ)能站解決 800V 充電的電力問題，并不是一筆劃算的買賣。
為了滿足日后的800V充電站規(guī)模化普及，電網(wǎng)只能進(jìn)行大范圍的升級(jí)和優(yōu)化，但基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)并非一蹴而就，整個(gè)過程無疑是漫長的，它也注定了800V超充的規(guī)模化應(yīng)用可能并不會(huì)在短時(shí)間內(nèi)迎來井噴式發(fā)展。
一場緩慢的技術(shù)過渡
普及800V超充樁的愿景固然美好，但是至少在現(xiàn)階段，我們還沒有任何理由拋棄掉400V的充電網(wǎng)絡(luò)，那么由此會(huì)衍生出一個(gè)大家都非常關(guān)心的問題，當(dāng)具備800V超充技術(shù)的新能源車遇到現(xiàn)有的400V充電樁，是否也會(huì)帶來一定的加成？
不久前，小鵬汽車官方曾做過一個(gè)關(guān)于小鵬G6和特斯拉Model Y的充電速度對比測試，采用的并非是小鵬汽車自建的充電樁，而是第三方180kw的充電樁，會(huì)更加符合用戶的真實(shí)使用場景，實(shí)際數(shù)據(jù)顯示即便是非800V的充電樁，小鵬G6的充電功率也要高于特斯拉Model Y。
在如今這個(gè)時(shí)代，大家購買具備800V技術(shù)架構(gòu)的電動(dòng)車，就有點(diǎn)當(dāng)年4G網(wǎng)絡(luò)到5G網(wǎng)絡(luò)之間的升級(jí)，如果不是成本和價(jià)格的原因，幾乎沒有理由拒絕一臺(tái)搭載800V技術(shù)架構(gòu)的產(chǎn)品。
前面提到，只有在車、樁兩端同時(shí)具備 800V 條件，并在電網(wǎng)容量能夠滿足的前提下，才能真正達(dá)到 800V 快充。但出于成本等因素的考量，在搭載 800V 的車、樁真正上量之前，車企也不得不選擇性價(jià)比更高的過渡方案。
中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)副秘書長、能源行業(yè)電動(dòng)汽車充電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)秘書長劉永東表示，“得益于 800V 大功率充電的兼容性很好，不改變現(xiàn)有車樁產(chǎn)品，對于現(xiàn)有的充電樁可采用適配器方案，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過渡升級(jí)。”
劉永東所指的過渡方案，其實(shí)也是目前車企面對前沿技術(shù)推進(jìn)與部件升級(jí)緩慢之間的矛盾衍生出的解決方案，即部分800V 平臺(tái)架構(gòu)的高性價(jià)比方案。
由于當(dāng)前 800V 功率開關(guān)器件成本是 400V 級(jí) IGBT 的數(shù)倍，為了整車成本和驅(qū)動(dòng)效率的平衡，主機(jī)廠有動(dòng)力在關(guān)鍵必要的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上，使用 800V 部件（如電機(jī)） ，保留一部分 400V 零件。
車內(nèi)供電上，通過 DC/DC 轉(zhuǎn)換器將 800V 的電壓轉(zhuǎn)換成 400V 為車內(nèi)電器供電，然而這個(gè)變壓的過程會(huì)損失一部分電量，因此 800V 能使效率提升多少尚且還是未知數(shù)。
以保時(shí)捷 Taycan 為例，受限于 800V 配套器件開發(fā)，同時(shí)存在 800V、400V、48V 與 12V 四個(gè)電氣架構(gòu)，其在設(shè)計(jì)上就采用了 DC/DC 降壓方案，以此滿足車內(nèi)其余低壓系統(tǒng)的需求。現(xiàn)代 Ioniq 5 同樣車內(nèi)安裝 DCDC 模塊以滿足車內(nèi) 12V 架構(gòu)的需求。
另外，對于樁車電壓等級(jí)的不匹配的問題，部分廠商則是采取升壓的方式，讓 400V 的樁充 800V 的車。像均勝電子等零部件廠商就推出了高壓平臺(tái)充電升壓模塊 （800V Booster），通過車端的升壓器將 400V 充電樁輸出的電壓升壓至 800V 后再對電池進(jìn)行充電。
為了兼容現(xiàn)有的 400V 充電樁，奧迪的 PPE 平臺(tái)則是采用“組合充電”方案，在接入 400V 充電設(shè)施進(jìn)行充電前，電池中相應(yīng)的高壓開關(guān)會(huì)自動(dòng)切換，將 800V 電池分成兩個(gè)額定電壓為 400V 的電池，從而可以在一個(gè) 400V 充電樁進(jìn)行并聯(lián)充電，不再需要額外的高壓升壓器。
DIGITIMES Research 分析師 Jessie Lin 指出，由于 800V 架構(gòu)在未來幾年可能存在技術(shù)瓶頸和高成本等挑戰(zhàn)，因此在 2030 年之前可能不會(huì)成為大眾市場的主流產(chǎn)品。 滲透率將從一個(gè)相對較低的基數(shù)增長，高級(jí)別電動(dòng)汽車是第一批支持 800V 的汽車。
從車端來看，Jessie Lin 表示，支持 800V 的電動(dòng)汽車份額預(yù)計(jì)將從 2022 年的 2% 增長到 2025 年的 12%，其余主要是 400V 的電動(dòng)汽車車型。
類似的觀點(diǎn)，一位從事充電服務(wù)的業(yè)內(nèi)高管也曾向鈦媒體 App 提到，“未來 800V 超級(jí)快充就是 VIP 式充電，通過設(shè)置價(jià)格階梯進(jìn)行分層，服務(wù)愿意多花錢的高端車主，或者是有這種臨時(shí)性應(yīng)急補(bǔ)充需求的用戶。”
該高管還提到，未來的充電的邏輯會(huì)是超級(jí)快充、普通快充、目的地慢充以及換電，是一個(gè)綜合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。也就是說至少現(xiàn)階段，400V 充電樁不會(huì)完全被 800V 超充取代。
新技術(shù)誕生往往會(huì)面臨技術(shù)挑戰(zhàn)，而大規(guī)模應(yīng)用也絕非一日之功，用戶認(rèn)知的轉(zhuǎn)變同樣需要過程，800V超充架構(gòu)這條技術(shù)路徑已然明確，產(chǎn)業(yè)鏈上下游的分工協(xié)作顯得尤為關(guān)鍵。
對于我國的汽車工業(yè)而言，新能源本就是一個(gè)彎道超車的絕佳賽道，自主品牌們對800V技術(shù)架構(gòu)更積極地嘗試，也將作為重要的技術(shù)儲(chǔ)備，在新能源時(shí)代建立起自己真正的護(hù)城河。
（本文首發(fā)鈦媒體App，作者｜肖漫、李玉鵬，編輯｜張敏）