小鵬G6上市熱潮再度掀起800V的適用性和適配性討論。同樣電驅(qū)Tier 1在近兩年陸續(xù)發(fā)布了許多800V新品。
在這個過程中，整個行業(yè)提出了幾大問題：800V電驅(qū)該怎么降本，面臨著哪些技術(shù)挑戰(zhàn)？外資Tier 1能否在800V時代超車？
為什么800V？
800V的興起源于對超快充的需求，核心目的是提升消費者的用車體驗。
實現(xiàn)超快充擁有兩種方案，高電壓和大電流，前者代表保時捷、小鵬汽車，后者代表特斯拉。從最大輸出功率600KW，電壓1000V的V4超充樁部署來看，特斯拉也開始轉(zhuǎn)向高電壓模式。
相比400V平臺，800V平臺優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩個方面：
1、補能的時間得到有效縮短，極大程度上緩解消費者的補能焦慮，提升用車體驗。
2、配合碳化硅功率半導(dǎo)體的使用，系統(tǒng)運行效率更高，從而有效利用電量，增加純電里程。
如何降本？
高壓超快充若要普及，困難重重，需要邁過成本高、充電基礎(chǔ)設(shè)施不完善、供應(yīng)鏈不成熟三座大山。到電驅(qū)動層面，主機廠及Tier 1正在想方設(shè)法縮短與大規(guī)模、成熟應(yīng)用之間的距離。
高電壓對整車成本影響幾何？華為在其《中國高壓快充產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告（2923-2025）》中指出，相比400V平臺，800V電壓平臺提出全面升級車輛的電力電子應(yīng)用部件和絕緣系統(tǒng)的需求，對電池包、電機、電控、電源、空調(diào)壓縮機、PTC等都帶來成本的增加。以150kW前驅(qū)動系統(tǒng)為例，單電機+電控的成本就將增加2000元。
根據(jù)NE時代的調(diào)研，2022年，市場廣泛應(yīng)用的150kW三合一電驅(qū)系統(tǒng)價格在八九千元范圍。以此為基數(shù)，高壓帶來的電驅(qū)成本增加幅度最高超過20%。這也決定了800V電驅(qū)更加適用于中高端性能電動汽車。
目前，售價最低的一款800V電動汽車是近期上市的小鵬G6，以一己之力將800V整車的價格拉低到20萬元。
小鵬汽車對800V整車平臺的成本和性能等多方面的綜合把控能力，在G6這款車已經(jīng)得到了淋漓盡致的體現(xiàn)。“小鵬是站在架構(gòu)開發(fā)的宏觀角度上考慮，根據(jù)整車來做優(yōu)化。雖然電驅(qū)系統(tǒng)采用SiC等元素會增加電驅(qū)的成本，但能帶來92%的綜合效率、僅85kg的重量、緊湊的設(shè)計，都能幫助整車在電池容量、整車布置等方面帶來更多優(yōu)化空間和成本控制的空間?！?小鵬汽車電驅(qū)系統(tǒng)高級總監(jiān)齊洪剛指出。
在齊洪剛看來，小鵬電驅(qū)最基本的功能被客戶感知的，就是安全可靠，同時通過800V系統(tǒng)，他們?yōu)檎囐x予新的功能。站在客戶的角度，第一，可以給車提供更快的充電體驗。小鵬G9、G6的電池快充能力可以做到3C、4C；第二，碳化硅和800V很好地融合，能提供更好的效率的同時，給整車帶來更高的續(xù)航；第三，站在今年看，碳化硅的成本沒有以前想得那么高，現(xiàn)在只比一千多一點。所以小鵬把800V碳化硅平臺作為后續(xù)的的主要產(chǎn)品來推動。
從電控降本的角度來看，電機控制器目前成本以電子元器件為主，物料成本偏向透明、標準化，對規(guī)模較為敏感，技術(shù)、規(guī)模是降本的主要兩個路徑。
NE時代研究院數(shù)據(jù)總監(jiān)韓家驊指出，SiC應(yīng)用在整車上的邏輯是降低電池用量，仍然需要降本來支撐其應(yīng)用的可行性。
韓家驊認為，SiC降本主要有幾個方面。
一是晶圓層面：生產(chǎn)規(guī)格能夠從6英寸逐步切到8英寸，以及單位面積的電流能力逐步提升，這樣整體模塊成本是往下走的。但是這里面還有一點，良率的提升，現(xiàn)在的良率可能50、60%左右，如果后面能提升到80%或者更高，整體成本也是會有很大的下降的。
二是封裝層面：現(xiàn)在HPD模塊用碳化硅是大家不得不做的選擇，但是雜散電感還是很高，沒有辦法發(fā)揮芯片最大的水平。我們現(xiàn)在觀察到，大家會選擇類似于塑封+單面直接冷卻，好處是降低雜散電感，進一步發(fā)揮電流能力。再往后塑封+雙面水冷或者雙面直接冷卻的方案應(yīng)該會更有吸引人，可以進一步提高碳化硅芯片的利用度，同時降低整個芯片的用量。馬斯克的想法也是如此，他為什么要降低75%的用量，就是為了降低整個碳化硅的成本。
NE時代咨詢總監(jiān)徐篤升指出，專為SiC開發(fā)的封裝形式將逐漸成熟，傳統(tǒng)HPD封裝份額可能逐漸下滑，晶圓也從完全依賴海外到本土產(chǎn)品開始有所應(yīng)用。同時預(yù)測，隨著成本下降和產(chǎn)能提升，中國新能源乘用車市場的SiC滲透率預(yù)計將在2028年達到40%。
中國一汽研發(fā)總院電機電驅(qū)動開發(fā)部部長助理王斯博表示，碳化硅在高壓化的趨勢中優(yōu)勢十分突出，也是電驅(qū)高壓化的關(guān)鍵路徑，當前對動力性、經(jīng)濟性、舒適性等都有一定的提升，但未來降低SiC芯片使用數(shù)量是未來重要發(fā)展方向，我們對標了當前的主流產(chǎn)品，目前采用碳化硅模塊的產(chǎn)品基本內(nèi)部都是8并的碳化硅，未來可能走向6并甚至更低的并數(shù)。
中車時代半導(dǎo)體汽車產(chǎn)品線總監(jiān)宋自珍則在探索800V平臺下IGBT作為SiC替代方案。1200V/600A S3+適用于160~180kW電機控制器，2022年8月底SOP；在商用車（主驅(qū)）和乘用車（輔驅(qū)）均批量裝車使用。在S3+封裝平臺基礎(chǔ)上，使用STMOS芯片，實現(xiàn)更大的出流和更強的短路耐受能力，滿足高壓主驅(qū)的應(yīng)用需求。中車正在開發(fā)1300V 600A S3+產(chǎn)品，應(yīng)對880V（甚至是900V）電壓應(yīng)用場景。
如何應(yīng)對絕緣、EMC、NVH等技術(shù)挑戰(zhàn)？
擺在高壓化電驅(qū)系統(tǒng)面前還有技術(shù)挑戰(zhàn)。電機方面，絕緣系統(tǒng)存在局部放電，電老化問題突出。電控方面，功率器件需要耐高壓、耐高溫、高效節(jié)能的SiC MOSFET，硬件設(shè)計上，需要重點考慮雜散電感、關(guān)斷過程的電壓尖峰。
中車時代電氣汽車事業(yè)部研發(fā)副總監(jiān)唐雄輝對電機電控面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)做了詳細的解釋。
挑戰(zhàn)一，高溫大電流 SiC芯片設(shè)計、高溫高導(dǎo)熱封裝材料制備、低感低熱阻封裝設(shè)計等技術(shù)仍存在瓶頸需要突破，且因長晶速度慢、良率不高，產(chǎn)能提升需要時間，現(xiàn)階段SiC功率器件的成本仍處于高位。
挑戰(zhàn)二，SiC比IGBT開關(guān)速度高1倍以上，導(dǎo)致器件承受尖峰電壓大幅提升，若系統(tǒng)雜感不減少，會導(dǎo)致器件因誤導(dǎo)通或擊穿而損壞，因此要求主回路雜散電感量在16nH以下，對電容、母排、模塊的應(yīng)用有更高要求。
挑戰(zhàn)三，碳化硅器件本身的特性，會帶來串擾和誤導(dǎo)通問題，對設(shè)計和驅(qū)動電路提出更高的要求。
挑戰(zhàn)四，碳化硅引入后，dv/dt變得更大，干擾頻譜包括幅值更大，對系統(tǒng)EMC設(shè)計會提出更高的挑戰(zhàn)。另外碳化硅電控是在高功率、高功率密度要求下展開的，帶來的空間耦合對EMI的問題更顯著。碳化硅EMI噪聲幅值比原來系統(tǒng)增加了20個dB，這是非常大的影響。
挑戰(zhàn)五，現(xiàn)有400V系統(tǒng)的Ι型絕緣不再適用，需針對800V高壓SiC供電的電機絕緣系統(tǒng)進行全新設(shè)計。
挑戰(zhàn)六，高電壓下，軸承電腐蝕加劇。行業(yè)有導(dǎo)電碳刷、導(dǎo)電軸承、陶瓷軸承等多類應(yīng)對方案，但應(yīng)用成熟度欠佳，且成本較高。
在華域電動技術(shù)中心控制器工程高級經(jīng)理蔣縣宏看來，高壓電控挑戰(zhàn)涵蓋封裝難問題、配套電容問題、專用驅(qū)動設(shè)計、EMC問題。
封裝難：主流的碳化硅模塊仍然還是借用硅基的HPD封裝，導(dǎo)致碳化硅的特性沒有辦法完全發(fā)揮出來。
配套電容問題：具體包含薄膜材料存在一定溫度瓶頸，限制了系統(tǒng)的溫度應(yīng)用提升；對電容的在一定容值下的耐紋波電流能力有更高的要求；必須設(shè)計出更低的ESL，對電容開發(fā)帶來挑戰(zhàn)。
專用驅(qū)動設(shè)計：現(xiàn)有的主流方案難以滿足，需要全新搭建驅(qū)動架構(gòu)，開發(fā)SiC專用高頻驅(qū)動電路。
EMC問題：SiC使用更高的開關(guān)頻率，很容易引起EMC問題。
上海大學機電工程與自動化學院教授、博導(dǎo)黃蘇融認為，隨著800V等新技術(shù)的加速落地，電驅(qū)動產(chǎn)品面臨著高頻、高壓、高速等帶來的一系列的挑戰(zhàn)，尤其SiC功率模塊、絕緣性能、EMC、NVH等基礎(chǔ)前沿問題，對整個產(chǎn)業(yè)鏈提出了更高要求，需要全行業(yè)群策群力，共同應(yīng)對。
陽光電動力科技有限公司產(chǎn)品線總監(jiān)史良辰介紹了新一代并聯(lián)功率模組，相對于上一代的功率器件，單管封裝尺寸更大，單管載流能力進一步提升。并且這個器件做了內(nèi)絕緣，器件可以直接和散熱器進行焊接，替代傳統(tǒng)方案里面的導(dǎo)熱硅脂，可以把整個系統(tǒng)熱度大幅降低，可以提升芯片的電流輸出能力。另一方面由于并聯(lián)的應(yīng)用，使得整個系統(tǒng)里面等效串聯(lián)電感值大幅降低，雜感小了，對于EMC性能的獲得有很大幫助。
“陽光電動力針對EMC建立了正向設(shè)計能力，前期通過搭建仿真模型驗證整個EMC測試的有效性，在一體化濾波模組方案上有相應(yīng)的儲備，可以在空間占用方面降低很多。另外電電集成多合一結(jié)構(gòu)設(shè)計的層面我們也有相應(yīng)的隔離腔體的設(shè)計考慮，可以進一步控制我們相互模塊之間的干擾。我們有充足的EMC測試資源，可以進行快速迭代和驗證，最終獲得比較好的EMC效果。NVH是整車非常關(guān)注的性能之一，我們建立了相應(yīng)的仿真能力，通過前期的正向設(shè)計來控制NVH的性能?！?/p>
納芯微電子市場總監(jiān)高金萍認為，新能源電驅(qū)動系統(tǒng)正往800V高壓架構(gòu)的趨勢發(fā)展，對驅(qū)動芯片提出了更高的要求。納芯微單通道智能隔離式柵極驅(qū)動器NSI6611能夠很好滿足這一趨勢要求。該產(chǎn)品可用于驅(qū)動IGBT，MOSFET和SiC MOSFET等功率晶體管，提供最大10A的拉灌電流能力，米勒鉗位電流高達4A，能夠更快地驅(qū)動管子的開關(guān)，有效提高電驅(qū)系統(tǒng)的效率。
高電壓對電機繞組的絕緣性提出了更高的耐壓挑戰(zhàn)。佳騰電業(yè)去年已量產(chǎn)一款PEEK線，也是中國國內(nèi)800V扁線的第一個量產(chǎn)項目，從去年的11月份量產(chǎn)到現(xiàn)在已經(jīng)超過半年時間了，目前也是比較穩(wěn)定的一個狀態(tài)。佳騰電業(yè)汽車驅(qū)動事業(yè)部銷售總監(jiān)王歡指出，通過不同銅線絕緣材料的對比，PEEK線材更適合800V的應(yīng)用環(huán)境，尤其在連續(xù)波繞繞組應(yīng)用中。
軸電流對于800V來說是一個繞不過去的課題。通常行業(yè)解決軸承電腐蝕問題的思路有三種：1、限制，不讓它造成更大的影響；2、隔離，就像新冠一樣，做阻斷；3、疏導(dǎo)，把危害能量導(dǎo)到大地。限制，通常來說是放共模磁環(huán)。阻斷，最簡單的方式就是做絕緣。疏導(dǎo)，包含導(dǎo)電碳刷、導(dǎo)電油封、導(dǎo)電軸承和導(dǎo)電環(huán)。和騁科技的解決方案是護承核?高導(dǎo)電纖維接地環(huán)/棒。小鵬汽車同樣提出陶瓷球軸承、導(dǎo)電刷的使用，并且希望在場的零部件供應(yīng)商在這兩方面能多發(fā)力，以降低相應(yīng)的成本。
哪些新800V電驅(qū)？
接下來讓我們看看，主機廠及Tier 1發(fā)布了哪些800V新電驅(qū)總成，各自的亮點又是什么？
小鵬全新 800V XPower 電驅(qū)
800V XPower是高壓SiC平臺的重要一環(huán)，作為“扶搖”架構(gòu)下的主驅(qū)標配于小鵬整車。
全新800V XPower電驅(qū)是小鵬的第二代800V SiC電驅(qū)，第一代早已隨著小鵬G9的上市在國內(nèi)率先實現(xiàn)量產(chǎn)。全新800V XPower電驅(qū)平臺采用了8層HairPin扁線及高效電磁方案、超高功率密度SiC先進封裝技術(shù)、超低粘度及主動潤滑控制技術(shù)等，使電機最高效率達97.5%，電驅(qū)系統(tǒng)綜合工況效率達92%。
新一代從數(shù)據(jù)上看，效率更高、重量更輕、功率密度更高。
綜合效率：G9 800V電驅(qū)總成綜合效率90.5%；“扶搖“800V XPower綜合效率92%；
重量：G9 800V電驅(qū)總成重100+kg；“扶搖“800V XPower重85kg；
功率密度：G9 800V電驅(qū)總成功率密度達2.2kW/kg；“扶搖“800V XPower 功率密度2.6kW/kg以上。
匯川聯(lián)合動力800V逆變器
小鵬全新800V XPower電驅(qū)總成采用的逆變器來自于匯川聯(lián)合動力。在小鵬G6上市當天，匯川、中創(chuàng)新航、華為等Tier與小鵬聯(lián)動，為G6造勢。
匯川聯(lián)合動力在上海車展上展出了第四代高壓(800V)SiC單電機控制器，據(jù)介紹該電控適用于緊湊型、中大型純電動以及增程式乘用車。扁平化設(shè)計，滿定與電機和減速箱集成化安裝以及整車前后驅(qū)布置兼容性強，兼容Si和SiC功率模塊，以及低壓(400V)和高壓(800V)方案，同尺寸同接口兼容；效率高，最高效率>99.6%，綜合效率>99.0%；開放度高，靈活支持各種模式的軟件聯(lián)合開發(fā)。
中車時代電氣C-Power280
作為中車電驅(qū)E4.0平臺的首款產(chǎn)品，基于中車自主SiC芯片開發(fā)的高壓油冷動力總成產(chǎn)品C-Power280峰值功率280kW，適用于C級及以上的轎車及中大型SUV，兼容前驅(qū)及后驅(qū)兩種結(jié)構(gòu)布置方式。CLTC工況效率92%，相較于E3.0提升2.7%，為續(xù)航里程帶來6.8%的增加效果，功率密度3.3kW/kg，ASIL-D&CLASS 5功能安全，已實現(xiàn)核心部件完全自主可控。
魔騰動力800V電驅(qū)系統(tǒng)
上汽變速器成立的新能源產(chǎn)品品牌魔騰動力也展出了純電驅(qū)動的最新產(chǎn)品，800V電驅(qū)系統(tǒng)及800V SiC電機控制器。
800V SiC電控可與Si基IGBT同封裝替換，功率達200kW+，峰值電流400Arms；集成直流快充功能，采用復(fù)用功率器件的boost直流快充方案，兼容500V和750V充電樁；滿足IS026262功能安全ASIL C等級要求，選型設(shè)計滿足ASIL D。
800V電驅(qū)系統(tǒng)采用8層扁線油冷設(shè)計，峰值功率可達300kW，是車展期間各大展臺800V電驅(qū)功率的最高值；電驅(qū)系統(tǒng)重量79kg，同樣是車展展臺上表現(xiàn)最優(yōu)秀的指標。
華為高效SiC高壓同步總成
面向B/B+級BEV動力總成，華為稱其有業(yè)界最高效率量產(chǎn)高壓同步總成解決方案——高效SiC高壓同步總成。據(jù)介紹，該款SiC高壓同步總成是基于高效SiC模組以及華為電機仿真尋優(yōu)平臺，華為打造92%CLTC效率的業(yè)界最高效的CLTC工況動力總成，相對于業(yè)界同類方案，效率領(lǐng)先1.5個百分點；這款平臺同時支持750V和900+V雙電壓適配，在250A的快充樁上就可以實現(xiàn)極速4C充電，7.5分鐘把電池SOC從30%提升到80%，續(xù)航增加250km。
同時，得益于轉(zhuǎn)速提升、智能油冷等一系列技術(shù)突破，動力總成功率密度達到2.4kW/kg，領(lǐng)先行業(yè)30%。搭載華為智能輔驅(qū)技術(shù)的異步總成，搭配92%高效同步后驅(qū)總成，整體四驅(qū)續(xù)航里程可提升27km。
博格華納多元化800V產(chǎn)品
博格華納公開的800V產(chǎn)品更加多元化，從子部件到系統(tǒng)，包含800V油冷電機及定轉(zhuǎn)子組件、800V逆變器、800V iDM電驅(qū)系統(tǒng)。
其中800V油冷電機可作為電機總成或拆分成轉(zhuǎn)子/定子組件來提供，具有內(nèi)置式永磁轉(zhuǎn)子和專有的定子絕緣增強技術(shù)，以增加耐久可靠性。該電機的峰值效率可達96%以上，并具有HVH專利的定子繞組技術(shù)。
800V電機控制器采用第四代基于碳化硅技術(shù)的Viper，可滿足200kW-250kW單電機的功率響應(yīng)需求。并且可根據(jù)客戶的需求，集成升壓boost和降壓DCDC，實現(xiàn)靈活組合。
系統(tǒng)方面可提供iDM200、iDM220、iDM220+等產(chǎn)品系列，涵蓋85kW到250kW以上的功率需求。
據(jù)博格華納的介紹，將為一家國內(nèi)領(lǐng)先電動汽車品牌提供高壓發(fā)夾式電機，應(yīng)用于該品牌旗下的第二代800V驅(qū)動系統(tǒng)平臺上。預(yù)計搭載該平臺的車型預(yù)計將于2023年10月開始量產(chǎn)。800V電機控制器目前已經(jīng)獲得北美、德國和國內(nèi)整車企業(yè)客戶訂單，預(yù)計將在2024年實現(xiàn)量產(chǎn)。
緯湃科技EMR4 800V
緯湃科技的800V產(chǎn)品同樣拿到了定轉(zhuǎn)子、逆變器等多子部件的訂單，部分已量產(chǎn)應(yīng)用。
800V 油冷8層扁線定轉(zhuǎn)子技術(shù)具有高PDIV及耐油絕緣設(shè)計。定子繞組8層Hairpin扁線設(shè)計使得電機最高效率≥97.5%，218kW的峰值功率及450Nm的峰值扭矩提升了整車的動力性能。目前該產(chǎn)品已在小鵬G6車型中量產(chǎn)。
800 V碳化硅逆變器在已經(jīng)拿到現(xiàn)代汽車E-GMP電控產(chǎn)品的訂單后，2022年又拿到北美制造商10億歐元的訂單。
采埃孚兩代800V電驅(qū)
采埃孚在最近的全球技術(shù)日上公布了EVSys800電驅(qū)動總成的性能參數(shù)：EVSys800電驅(qū)動總成峰值功率275kW，持續(xù)功率206 kW，持續(xù)功率占比約75%。輪邊峰值扭矩5200Nm，系統(tǒng)重量74 kW。峰值功率密度3.72 kW /kg，峰值扭矩密度70.27Nm/kg。目前，業(yè)內(nèi)主流的800V電驅(qū)動總成系統(tǒng)峰值功率密度約2.5-2.8 kW /kg之間，EVSys800超過當前行業(yè)主流水平。
與采埃孚當前800V電驅(qū)動相比，EVSys800系統(tǒng)總重量74公斤，與當前的采埃孚800伏電驅(qū)系統(tǒng)相比減輕了約40公斤或30%。
主要創(chuàng)新技術(shù)包括：
編織型連續(xù)波繞電機定子技術(shù)。相比傳統(tǒng)的扁線定子，繞組端部尺寸降低50%，線材用量減少10%。
槽內(nèi)油冷技術(shù)。定子冷卻時，冷卻油在槽內(nèi)噴出，而非端部噴出。冷卻性能更好，除峰值功率提升外，75%的持續(xù)功率占比也得益于該技術(shù)。
800V高壓平臺。EVSys800最高支持900+V高壓平臺，為滿足高電壓平臺需求，采埃孚在電機中選用了成本更高的PEEK銅線，而非PI。電控中采用了碳化硅功率模塊。
兩組行星輪式減速器。與傳統(tǒng)減速器中減速齒輪機構(gòu)與差速單獨分開的方案相比，該分案通過兩組行星齒輪同時集成了減速和差速功能，機構(gòu)更加簡單，軸向尺寸更小。
采埃孚透露，EVSys800將在2026年開始批產(chǎn)上市。
去年9月，采埃孚800V電驅(qū)動橋產(chǎn)品已在杭州蕭山正式下線。沈陽工廠將從2023年起先后投產(chǎn)400V和800V電驅(qū)動橋。目前它正在將多個800V項目導(dǎo)入生產(chǎn)，其中為一家中國OEM的多款車型提供800V電驅(qū)動橋，同時也為一家歐洲跑車制造商供應(yīng)800V逆變器。
自主與外資PK的新焦點
從NE時代發(fā)布的月度電驅(qū)裝機量TOP數(shù)據(jù)不難看出，在400V時代，由于成本、與主機廠配合度、開發(fā)速度等優(yōu)勢，自主Tier占據(jù)了TOP 10榜單的多數(shù)席位，外資突破難。但800V時代的開啟，為外資Tier帶來新的機會。
從現(xiàn)有定點情況來看，外資Tier的800V電機和電控子部件拿到了國內(nèi)外主機廠的訂單，并且開始量產(chǎn)。自主Tier也拿到了部分訂單，但從公開信息來看，與外資Tier存在一些差距。當然，也不排除自主內(nèi)秀，暫時隱藏了定點信息。
從各訂單涉及的產(chǎn)品來看，800V時代，主機廠更傾向于采購子部件，自制系統(tǒng)。小鵬汽車同樣采用的是系統(tǒng)自研自制，子部件外采的模式。車企親自參與深度創(chuàng)新，才能保證產(chǎn)出的產(chǎn)品足夠領(lǐng)先。（文：NE時代新能源）
更多SiC和GaN的市場資訊，請關(guān)注微信公眾賬號：集邦化合物半導(dǎo)體。