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電車不買800V,就是智商稅?

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在燃油車時代,汽車的尾标是逼格的象征。

以保時捷911為例,刻有Turbo S的版本比普通款足足貴出100萬。普通家用車,也會在尾标上以排量論英雄。就連沒開過車的人也知道,3.0T一定貴過2.0T。

到電動車時代,發動機的消失使尾标上的比拼暫時偃旗息鼓。然而“在車屁股上刻一個數字彰顯本車牛逼”,卻始終是人類的剛需。随着電車電壓從400V向800V躍升,尾标上的數字比拼又要重新燃起戰火。

不久前,智己汽車聯席CEO劉濤在微網誌上發起投票,要給尚未上市的LS6募集一個尾标字尾,兩個高票選項就分别是代表了高性能的“SP”(snake performace)和代表了800V碳化矽平台和800N·m峰值扭矩的“800”。

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網友給智己LS6 P的車尾圖

除了智己,小米的第一款車,哪吒、阿維塔、理想的下一款車型以及蔚來的NT3.0平台也都将搭載800V+SiC(碳化矽)這對“黃金組合”。

一時間,别說燃油車,仿佛400V的電動車都被打成了老舊勢力,消費電子時代“買新不買舊”的說法也被複用到電動車上。

圍繞800V,本文主要回答三個問題:

1、什麼是800V平台?

2、800V技術的利弊是什麼?

3、碳化矽産能會影響800V技術的進一步滲透嗎?

01 

效率的飛升

就像老婆餅裡沒老婆,夫妻肺片裡沒夫妻,車企嘴裡的800V也不一定是“真800V”。

所謂800V高壓平台,指的是動力電池、電機、電控、空調壓縮機、充電機與DCDC(直流轉直流)等高壓器件的電壓等級全部或部分達到800V,廣義上的800V包括電壓550V-930V的區間,是以像小鵬G6這樣動力電池額定電壓551V的車型也算壓線進入800V的領域。

略顯“精明”的不止小鵬G6,同樣以800V作為賣點的阿維塔11,兩個版本電池包的額定電壓也都在600V左右,在這方面,稍微“誠實”一點的是保時捷Taycan,額定電壓723V,滿電超過了800V。

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部分已上市800V車型,圖檔來源:解碼汽車

除了在動力電池電壓上做文章,不同車型800V高壓化的程度也不同,就比如看一個人是不是真名媛,不能光看她手提的是不是愛馬仕,還要看一身搭配。例如保時捷Taycan,受限于當時的供應鍊,空調壓縮機、DCDC等零部件隻能繼續使用400V配件,算不上“全800V”。

但參數上的打折,并不影響800V車型對400V車型在效率上的碾壓。小鵬G6釋出後,不少媒體第一時間測試了G6的充電速度,在小鵬自家的S4超充樁上,10分鐘大約能充進200公裡續航,即便在第三方充電樁,整體充電速度也比400V車型快一倍。

原理十分簡單,義務教育告訴我們P=U*I(功率=電壓*電流),現行國網充電樁标準最大輸出電流限制250A,最大輸出電壓1000V,大多數車輛能達到最大電流,但隻有800V車型才能利用更高的電壓,進而獲得更快的充電速度。

同時對比大功率快充的另一條路線大電流,提高電壓帶來的損耗也要更少,因為能量通過線材時的損耗隻與電流相關(Q=I²Rt)。在電車上降低損耗的例子或許還不夠直覺,但在特高壓領域,動辄數十萬伏甚至百萬伏的高壓就能極大程度減少電力輸送的損耗。

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800V能有效減少損耗,圖檔來源:綠芯頻道

放電的原理與充電相同,在釋放相同功率的情況下,電壓的提升會使電流減小,進而使線材内的損耗降低,提升放電效率,同時還優化了空調等耗電大戶的電耗,換句話說,能使電車的續航裡程更紮實。

是以從消費者的角度來看,800V解決的是現階段使用純電動車最大的痛點——裡程焦慮,并且是從裡程不實和充電焦慮兩個方面下手。

但問題在于,800V并不便宜。

02 

成本的計較

當國内車企都在一窩蜂地朝800V邁進時,特斯拉卻按兵不動。

今年3月的投資者日上,馬斯克宣稱要減少3/4碳化矽(800V的黃金搭檔)的用量,仿佛要在400V的路線上走到黑。但看似冥頑不靈的決定,背後卻是對成本的斤斤計較。

早在2022年Q1的财報會議中,特斯拉動力總成和能源工程進階副總裁Andrew Baglino就曾表達過一個觀點:800V對于Model 3和Model Y來說成本效益不高[1]。

是以,800V的成本效益到底如何,這筆賬到底該如何算?

事實上,車企研發800V的初衷是為了降本,由于能減少損耗,提升效率,采用了800V的車型首先能使用更細的線材,其次也能用容量更小的電池。

以小鵬G6為例,其CLTC續航580公裡、755公裡的車型,電池容量分别隻有66kWh和87.5kWh,機關電量的續航裡程與三電效率極高的特斯拉Model Y不相上下,遠超其他同級車型。也就是說,理論上小鵬G6通過800V的高壓架構省下了一部分的電池成本。

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但這部分降本能覆寫800V架構本身的成本嗎?

按照時下最流行的“全域800V”标準,首先在電池包方面額定電壓得超700V,峰值逼近800V,三元锂電池單顆電芯電壓大約3.65V,要求至少200個電芯串聯,比400V增加一倍。有電池工程師告訴我們:“同樣邊界條件下,串聯越多,連接配接成本以及生産成本越高。”

串聯電芯數量增加還使一緻性問題變得複雜,保障100個電芯的一緻性與200個難度不是一個級别,對BMS的要求更高,對應的也是成本上升。與此同時,電芯要能承受大功率充放電的倍率,材料成本也更高。

在電池包之外,還有同步用在電機,空調壓縮機,電控,DCDC等零部件上的碳化矽功率器件,絕緣耐壓器件,防電腐蝕、電老化器件,這些都增加了成本。

根據信達證券的測算,截至去年底,單看用在一個逆變器上的SiC MOSFET成本就是Si IGBT的2-3倍,絕對成本差在3000元以上,在帶電量80kWh的電車上,這一成本差和省下的電池成本對比,成本不降反增[2]。如果把其他部件都算上,800V的降本效果顯然是不理想的。

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Si IGBT與SiC MOSFET電驅動方案成本對比,圖檔來源:信達證券

不過Andrew Baglino的觀點還夾帶點私貨,特斯拉目前對400V電壓平台的探索已經走在了行業最前列,電子電氣架構的優化大幅縮短了線束長度,自研的電機與八通閥對能量的利用效率都極高,且在2018年就切換了碳化矽功率器件,切換800V帶來的邊際收益的确有限。

對于絕大多數電車,尤其是電池容量相對較小的電車,硬上800V并不劃算。從這個角度來看,連某些插混車型都聲稱要上800V電驅,不免有硬蹭熱點之嫌。

03 

平權的美夢

2021年,360投資哪吒汽車後,紅衣主教周鴻祎提到了一個後來被新能源車行業廣泛引用的概念:科技平權。

但概念總有局限,以800V平台為例,它就不是一項短時間内能被“平權”的科技,核心問題出在碳化矽的産能上。

目前,碳化矽産能主要受到上遊襯底的制約,和第一代、第二代半導體普遍使用的矽基晶圓不同,第三代半導體SiC的襯底主要使用SiC,和矽基晶圓廠的産線并不相容。

在生産工藝上,SiC的長晶時間更長,大約是Si的2.3倍;生産工藝更難,SiC有200多種同質異構體,由于需要在高溫、真空的石墨坩埚中生長,無法實時監控,廢品率極高[2],全球龍頭Wolfspeed目前大約能做到60%的良率,而其他廠商大多隻有40%左右[3]。

即便在晶棒環節長勢良好,但由于碳化矽本身的硬脆屬性,使用傳統裝置切割晶圓劃片時,還容易産生崩邊等問題。

這就導緻碳化矽成本極高且産能爬坡緩慢,而且由于較高的技術門檻,碳化矽産業也難以被資本快速催熟。

以Wolfspeed舉例,其早在2015年就宣布完成了SiC 8英寸襯底的研發,但直到2022年才正式投入量産,國内同行更是在2020年才正式開始8英寸襯底的研發[4]。

技術上的落後使得國内話語權極弱。一個殘酷的事實是,所有國内電動車的碳化矽電控部件,核心的SiC MOSFET基本都來自國外,Wolfspeed、II- VI、SiCrystal等九家公司壟斷了碳化矽襯底的絕大多數産能,國内企業在電控SiC上起步較晚,尚未實作從0到1的突破[2]。

緩慢進化的産業鍊與電動車對SiC的龐大需求形成了潛在的錯配,據三安光電預測,2025年碳化矽在高壓平台需求量将達到219萬片,中高壓平台需求将達到437萬片。而 2025年碳化矽襯底/晶片的産能預計為242-282萬片,預計存在約400萬片的産能缺口[5]。

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即使到2027年,全球主要廠商6英寸碳化矽襯底年産能也僅在500萬片左右

在産能不足的情況下,如果所有車企都在追求800V高壓架構上車,極易再現疫情後晶片短缺和碳酸锂短缺的橋段,碳化矽的價格極有可能出現暴漲,科技平權的時間将不幸被延遲。

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參考資料:

[1] Why Tesla Isn’t Switching Away From Its 400-Volt Architecture Right Now, TheDRIVE

[2] 電力電子碳化矽:800V 平台加速落地,高 opex 屬性+低滲透率驅動行業領跑,信達證券

[3] Wolfspeed分析報告:全球碳化矽襯底龍頭,新能源車驅動中期成長,中信證券

[4] 造神者推倒神像:碳化矽的崛起與塌房,遠川研究所

[5] 碳化矽行業深度報告:乘新能源之風,行業需求有望高增,長城證券

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