据悉,2024年北京车展配备SiC的车型超70款,如华为问界M5、蔚来乐道L60、保时捷Macan EV等,SiC的应用已经铺开,800V的SiC Mosfet已成为新能源汽车的标配。

800V高压仅仅是指快充系统么?它到底为何能成为车企技术中的“香饽饽”?搭载800V SiC的新能源汽车到底如何升级驾乘体验?

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什么是800V高压架构?

800V是一个比较宽泛的概念,并不是指整车的高压电气系统全时段都能达到800V,而是一个平均值,整车的电压范围在550V—950V范围内,都可以称为800V高压平台

谈到800V,很多人下意识里认为800V就是快充系统。实际上这个理解有些偏差,准确地说,800V高压快充只是800V高压架构中的一个系统,还包括800V电池包、800V功率器件如电机、电空调等零部件。

简单来说,整个架构的高压方案是采用800V。

科普丨SiC 800V高压架构解析

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800V高压架构的多种方案

第一种:全域800V

全域800V,即整车的电机、电池、电控、空调、DC-DC等电气系统均支持800V。例如小鹏的G9,其搭载扶摇架构的车型就是标配全域800V高压SiC碳化硅平台。这种方案的优势在于电机电控迭代升级,能量转换效率高;但电驱的功率芯片需要用SiC功率器件全面替代IGBT晶体管,零部件成本高。

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第二种:局部800V

关键部件支持800V,比如电驱系统、电池支持800V,而空调等部件依旧采用400V,可以兼顾整车成本和驱动效率的平衡,因为当前800V功率开关器件成本是400V级IGBT的数倍。这一方案能提升车辆的能耗表现,比400V架构的车型续航更实在。

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第三种:充电800V

仅电池支持800V高压快充,其它部件均为400V。即整车搭载一个800V电池组,在电池组和其他高压部件之间增加一个额外的DC-DC(DC-DC指直流转直流电源(Direct Current)输出直流电压可高于或低于直流输入电压。将800V电压降至400V,车上其他高压部件仍采用400V电压平台。当然这个800V电池组也可能是两个400V电池组通过智能串并联实现充电800V,放电400V。这一方案主要是解决快速补能问题,也是目前几乎所有800V车型都会配备的技术,投入低,见效快。

 

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为什么要引入800V高压系统?

引入高压系统的目的都是为了提升效率,包括时间效率和能量流转效率。

提升充电功率的方式无非有两种——要么提升电流I,要么提高电压U(P=UI)。就像是水龙头要在最快时间放满一桶水,要么加快水流(I),要么加大水龙口径(U)。

据热量公式:P=I²*R来看,电阻R是固定的,那么充电过程中的发热就只和电路中的电流I相关,和电压U无关。那么为了减少热量损失,降低热失控风险,就要控制电流I的大小,但又要提升充电功率,那就只能加大电压U了。选择高压系统,既能保证一定充电功率提升充电效率,又能降低电流,减少热损耗,可谓一举两得。

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SiC功率模块,高电压平台的最佳搭档

与动力电池电压一同提升的,往往还有一个新能源汽车上虽然不起眼,但是对车辆各方面性能表现至关重要的零部件——功率开关模块。功率器件的性能,直接决定电动汽车的加速、极速、电耗等核心性能表现。

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采用硅基IGBT功率开关,由于本身的承压能力所限,电池电压很难超过700V,而得益于碳化硅的耐高压特性,可以控制更高的系统电压,因此被认为是800V高压平台的最佳拍档。

碳化硅具备高效率、低损耗、耐高温等物理特性,可以将汽车的性能从1.0跃升到3.0,在功率密度、电子漂移饱和速度以及热导率等方面可谓是全方位碾压,大幅增加了汽车的续航里程和节省车内空间。

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基于碳化硅材料的巨大潜力,2025年碳化硅MOSFET的渗透率预期普遍在20%左右,未来几年内IGBT仍将是电驱动系统最主流的功率半导体器件。

 

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800V高压技术能带来怎样的驾乘体验?

第一个直观感受就是充电速度更快。例如最早推出800V快充的保时捷Taycan,能够将充电功率提升至350kW,在22.5分钟内电量从5%充到80%,这对当时动辄需要1小时快充时间的400V车型来说是质的飞跃。

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其次是动力性能更出色,800V高电压平台下电机逆变器功率密度更高,相同尺寸电机扭矩&功率更大,就像72V的电摩和36V的电瓶车,骑起来完全是两种不同的体验。

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此外由于高压平台对能量的利用率更高,自然也会让车辆的能耗控制更出色,续航更高。例如小鹏G9在上市时就邀请大家测试其高速续航达成率(高速续航/CLTC续航×100%)。800V的电机比400V的要轻,导线也可以更细,叠加一些线缆和部件减少,可以减轻车身重量

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文稿 | Tina

编辑 | Tina 

 

科普丨SiC 800V高压架构解析

原文始发于微信公众号(江苏卓远半导体有限公司):科普丨SiC 800V高压架构解析

作者 liu, siyang