汽车超级快充产业研究超级快充时代来临高电压平台加速渗透Word下载.docx

汽车超级快充产业研究超级快充时代来临高电压平台加速渗透Word下载.docx

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届时，“充电焦虑”有望得到显著缓解。

近年来，海外整车厂纷纷推出高电压平台车型。

2019年，保时捷率先量产800V高电压平台电动车Taycan，目前最大充电功率可达270kW，可在22.5min内完成5%-80%SOC，后续版本最高充电功率有望达350kW；

2020年，现代集团正式发布E-GMP平台，搭载400V/800V超高压充电系统，可在18min内完成0%-80%SOC，可实现充电5min续航100km；

2021年，搭载的奥迪自研PPE平台的A6e-tronConcept面世，该平台搭载了800V高压电气系统，理想状况下充电10min续航300km。

国内科技巨头和车企也积极布局高电压平台及解决方案。

华为于2021年推出业内首个AI闪充全栈动力域高压解决方案，计划在2021年落地750V的闪充方案，15min实现30%-80%SOC；

比亚迪于2021年发布的e平台3.0搭载800V闪充技术，充电5min续航150km；

2021年，吉利发布量产车型极氪001，基于SEA浩瀚架构打造，支持800V超级快充，可实现充电5min续航120km。

1.2.缓解“充电焦虑”，提高效率，高电压平台优势明显

1.2.1.提升充电效率，高电压平台势在必行

充电功率等于电压和电流的乘积，提高电动车单位时间内的充电功率须提升输入电压或电流。

截至2020年，国内大部分量产纯电动车型的额定电压均小于500V，在现有国标直流充电标准下，纯电车的输入电压越高，即可实现更高的直流充电功率，大大缩短充电时长。

假设一辆排气量2.0的燃油车百公里油耗10L左右，加满油仅需3-5min，可续航500km；

而根据华为FC3闪充解决方案，2025年充电电压可提升至1000V，充电功率达到600kW，5min即可充电50kWh，可实现续航约500km。

因此，随着电压平台的提升，加油和充电用时明显接近。

1.2.2.优势凸显，助力提升整车动力性能、续航里程

高电压平台有利于提升动力性能和续航里程

在动力性能方面，电压的提升能够有效提高电池放电倍率，匹配驱动系统功率需求，以满足超高的动力需求。

以保时捷Taycan为例，家用电动车的电机峰值功率一般为100-150kW，而保时捷TaycanTurboS整车电机输出功率为560kW，电压平台为400V的电池组放电倍率通常在2C左右，无法满足Taycan驱动系统的功率需求，而Taycan电池组的放电倍率则能达到6C。

在续航里程方面，在功率不变的情况下，降低电流，能有效降低系统热损耗，从而提升续航里程。

以奥迪PPE800V高电压平台为例，与E-tron400V电压平台相比，该平台电机系统能耗损失降低50%，对续航里程的贡献增加10%。

此外，高电压平台需要用耐高压的SiC器件替代原有的Si基IGBT，SiC器件可大幅降低能量损耗，现代E-GMP平台采用了800VSiC模块，整车续航能力提升约5%。

降低线束成本，实现轻量化

新能源汽车的高压线束须承受较大电流，因此需要截面积较大的高压线束，但截面积大的高压线束刚度强，难以弯曲，不仅在车内难以布局，而且可能在碰撞后刺入驾驶舱，增加安全风险；

此外，截面积越大的高压线束成本越高。

相同电压水平下，截面积6mm2的成本约为2.5mm2的1.5倍。

因此，在用电功率相同的前提下，电压等级提高能有效减小高压线束截面积，确保行车安全，降低线束重量，节省安装空间，提高整体高压系统布线水平，并达到有效降低线束成本的效果。

1.3.高电压零部件供应链逐渐成熟，快充桩布局已就位

1.3.1.高压架构零部件产业链逐步完善

高压架构下，电池包、电驱动、PTC、空调、车载充电机等都需重新适配，对产业链上下游有重要影响。

从全产业链角度看，主要高压零部件有望于2021年年底基本实现量产。

从车端看，目前PTC和空调已实现量产，高压OBC、DC/DC、快充电池、高压BMS以及高压电驱动预计于2021年量产。

具体来看，日立和马瑞利已为Taycan800V电压平台设计电驱动部件，华为、博格华纳、汇川技术等陆续发布800V电驱动系统，而采埃孚也将于2021年在中、欧两地批量生产800VSiC三合一电驱动系统；

华为、德尔福及部分车企自研高压集成单元，已具备高冷却性能和高耐压化性能；

翰昂、马勒、美的威灵、海立、奥特佳、科博尔、华工新高理和比亚迪已具备制造800V电动压缩机或PTC的能力；

巴斯巴、永贵、中航光电、泰科等供应商也已具备量产800V线缆及端子的能力。

从桩端看，高压零部件的成熟度比车端高，充电枪、线、直流接触器和熔丝等需重新选型，目前均有成熟产品。

从充电模块看，优优绿能、华为、英飞源、永联等国内充电模块主流企业陆续发布了充电范围宽至1000V的充电模块，其中，华为推出HUAWEIHiCharger直流快充模块，可解决充电行业运营成本高、设备生命周期短的痛点。

1.3.2.大功率快充产品已成型，大功率充电桩占比大幅提升

国内充电桩企业已布局大功率快充产品。

特来电300kW一体式直流双枪充电单桩既可实现300kW双枪快充，同时可以满足150kW群充充电需求，输出电压最高可达750V；

星星充电自主研发的500kW大功率液冷充电系统可让车辆于10min内充满电，能有效提高电桩转换效率，并显著降低电损，目前已与保时捷产品完成对口测验；

万马爱充旗下产品智慧充电树V1和V2充电功率在240kW-480kW，直流输出电压高达750V。

国家电网作为快充桩营运龙头，同时是国内最大的充电桩公开招标企业，其招标需求对行业具有风向标意义。

近年，国家电网招标的大功率充电桩数量呈现明显上升趋势。

2018年第一次招标中7kW、60kW、120kW和200kW分别占比25.85%、39.73%、26.33%和0.91%，而2021年第一次招标中没有80kW以下，80kW和160kW分别占比55.92%和39.51%，480kW占比达到2.18%，大功率充电桩占比大幅提升。

从电压上看，目前国家电网招标充电桩的充电模块已可兼容DC200V-750V，未来将主要开发750V并提前研发950V的充电模块。

1.3.3.ChaoJi技术发布，为大功率快充时代到来奠定基础

2020年6月，国家电网有限公司与日本CHAdeMO协议会分别发布《电动汽车ChaoJi传导充电技术白皮书》和CHAdeMO3.0标准，标志着ChaoJi充电技术迈入标准制定与产业应用新阶段。

ChaoJi充电技术是一套完整的电动汽车直流充电系统解决方案，针对国际上现有充电系统存在的问题，在充电安全、充电功率、结构设计、向前兼容性及未来应用等方面进行了全面提升。

兼容国内GB/T标准的版本有望于2021年发布。

在新标准下，直流充电桩的最大电流有望达600A，最高电压有望达到1500V，直流充电功率最高可达900kW。

2.龙头企业纷纷入场，超级快充时代到来

龙头企业纷纷入场高电压平台，华为推出首个AI闪充全栈动力域高压平台解决方案，2021年落地的FC1闪充方案，充电15min可实现30%-80%SOC；

保时捷于2019年推出首款搭载800V电压平台的纯电动量产车；

比亚迪发布e平台3.0，搭载800V高压闪充技术；

广汽发布超级快充电池技术，其中3C快充电池系统充电16min可完成0%-80%SOC，预计今年9月投产；

吉利发布极氪001，搭载800V高电压平台；

长城旗下蜂巢能源发布蜂速快充电池，其中第二代蜂速快充电池支持800V的高压电气架构，充电倍率达到4C。

2.1.华为：

推出首个AI闪充全栈动力域高压平台解决方案

2021年4月，华为推出首个AI闪充全栈动力域高压平台解决方案，计划于2021年落地750V、200kW的FC1闪充方案，充电15min可实现30%-80%SOC；

2023年落地1000V、400kW的FC2闪充方案，充电7.5min可实现30%-80%SOC；

2025年落地1000V、600kW的FC3闪充方案，充电5min可实现30%-80%SOC。

该解决方案包括高压车载充电系统、高压异步电驱动系统、高压同步电驱动系统、高压电池管理系统、直流快充模块、三电云和高压热管理系统。

在驱动系统上，华为提供了业界首个前异后同的高压四驱解决方案。

该方案可实现零百加速3.5s，NEDC效率提升3.5%，在相同电池容量下，续航里程提升5%。

目前，搭载该款AI闪充高压解决方案的北汽极狐阿尔法SHI版本有望于第四季度开始小批量交付。

从成本上看，相较于普通充电，华为高压架构下的热管理、电驱动和电源以及线缆辅料的成本均持平，只有电池系统的成本上升&

lt;

5%，而整车成本上升&

2%，整车电池包减配是降本路径之一。

此外，在超充桩布局平衡后，整车成本可继续下降。

基于高压架构，华为提出一套3A标准，即AI+Fast，AI+Safety，AI+Reliability，保证高压快充安全性。

针对整车电池管理系统（BMS）无法精准预警失控风险的问题，华为采用AI云端系统技术，FC1方案的BMS采用“一主两从”布臵方案。

在硬件层面，华为通过BMIC采集芯片，提升BMU采样的性能和精度，并将采集到的信息传输至车端BMS和云端：

（1）车端上，BMS基于机理模型，充分考虑“机、电、热”多物理场的模型耦合，避免因多工况行驶引起的热积累对充电功率的影响。

在高压架构和AI的加持下，充电速度可提升30%；

（2）云端上，华为云端算法平台不仅能够高频、多维、多量地采集车端数据，同时能借助AI算法能力实时分析数据，早于车端做出风险预警。

此外，AI模型和机理模型之间可进行耦合迭代，持续优化算法模型，提升预警能力。

2.2.保时捷：

首款搭载800V电压平台的纯电动量产车

2019年发布的保时捷Taycan是当前市面上首款搭载800V电压平台的纯电动量产车。

目前，保时捷Taycan于国内上市的车型共有Taycan、Taycan4S、TaycanTurbo、TaycanTurboS四个版本，价格在88.8-179.8万元不等，续航里程均在400km以上。

其搭载的800V电压平台能显著提升充电效率，目前充电功率最高可达到270kW，充电22.5min可实现5%-80%SOC，2021年充电功率有望提升至350kW。

在800V高压架构的加持下，TaycanTurboS零百加速达到2.8s，搭配起步控制超级增压的最大功率也达到560kW。

此外，保时捷Taycan于2021年在海外上市了新车型CrossTurismo。

从电池包容量看，Taycan和Taycan4S搭载标准版电池组，由28个电池模组（336个电芯）组成，采用单层设计，容量为79.2kWh；

TaycanTurbo和TaycanTurboS则搭载双层大容量电池组，该电池组由33个电池模组组成，每个模组内有12个软包电芯，电池组容量达到93.4kWh；

从电池安全防护看，Taycan采用多层桁架式蓄电池框架和8根横梁设计；

从热管理看，Taycan采用水冷散热系统，其硬件部分包括3个冷却液泵、6个冷却液阀、2个风扇和10个冷却液温度传感器，Taycan还可通过空调为水冷系统降温，实现热管理系统的嵌套式保障。

2.3.比亚迪：

e平台3.0具备800V高压闪充技术

比亚迪已提前在高电压领域布局。

2019年，比亚迪发布唐EV600，采用三元锂电池，容量为82.8kWh，电池额定电压达到613.2V，使用80kW快充桩充电时，30min可实现30%-80%SOC；

2020年，比亚迪汉EV正式发布，搭载容量为76.9kWh的刀片电池，电池电压约为570V，实现30%-80%SOC需要25min，首次搭载高性能SiCMOSFET电机控制模块，助力其零百加速达到3.9s。

2021年4月，比亚迪发布e平台3.0，该平台具备800V高压闪充技术，可实现充电5min续航150km。

同时，e平台3.0搭载全新一代SiC电控系统，功率密度提升30%，最高效率达99.7%，零百加速提升至2.9s。

2.4.广汽集团：

搭载3C快充电池车型将于年内量产

2021年4月，广汽集团于“广汽科技日”正式发布“中子星战略”，致力于实现动力电池及电芯的自主研发及产业化应用，主要包含电芯、BMS、电池包三方面内容，其中电芯方面包括海绵硅负极片技术和超级快充电池技术。

广汽发布的超级快充电池技术，是通过在电池材料加入石墨烯添加剂，从而大幅提升充电效率和散热性能。

具体来看，广汽研发团队通过三维结构石墨烯（3DG）制备技术，提高电极材料的导电能力；

通过涂覆陶瓷隔膜和新型高功率电解液，提高倍率性能和热稳定性，倍率充电测试目前已满足6C充电要求；

此外，高效的散热设计保证电芯在安全的温度区间运行。

广汽此次发布的快充电池共有两个版本：

（1）3C快充电池系统：

该电池续航超500km，完成0%-80%SOC需要16min，完成30%-80%SOC需要10min，采用双层液冷系统，兼容现有快充站，将首先应用在AIONV车型上，预计9月份投产；

（2）6C超级快充电池系统：

该电池最大电压达900V，最大充电电流&

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500A，完成0%-80%SOC仅需8min。

2.5.吉利：

正式发布极氪001，支持360kW超级快充

2021年，吉利正式发布基于浩瀚SEA架构的极氪001，该车型共有超长续航单电机WE版、长续航双电机WE版和超长续航双电机YOU版三个版本，价格在28.1-36万之间，长续航版和超长续航版的电池包容量分别为86和100kWh，续航里程最高可达712km，零百加速可达3.8s。

搭载800V高电压平台的极氪001可实现充电5min续航120km，且支持最高360kW超级快充。

此外，极氪还布局充电站和充电桩的建设。

2021年，极氪有望建成290座充电站和2800个充电桩。

2023年底，极氪充电站累计建设数量有望达到2200座，充电桩累计建设数量将达到20000个。

极氪充电地图不仅囊括自建桩，还将接入第三方公共充电网络。

未来随着充电版图的扩张，极氪将实现用户在途和在家的补能全场景覆盖。

2.6.长城汽车：

4C快充电池将于2023年量产

蜂巢能源推出全新快充技术和对应电芯

2021年4月，长城旗下的蜂巢能源携旗下全系列电池产品亮相，并推出全新的快充技术和对应电芯。

其中，第一代2.2C蜂速快充电池的电芯容量为158Ah，能量密度250Wh/kg，充电16min可实现20-80%SOC，2021Q4有望量产；

第二代4C快充电池充电10min可实现20%-80%SOC，电池功率&

2400W，电池容量165Ah，能量密度&

260Wh/kg，快充循环&

1500次，有望于2023Q2量产。

该产品装车电池电量可超过100kWh，可满足450kW+的四驱高功率放电，支持350kW以上的充电桩和800V的高压电气架构性能车。

快充电池正极方面采用三项技术：

（1）采用前驱体定向生长精准控制技术，通过控制前驱体合成参数，一次粒径放射状生长，打造离子迁移“高速公路”，提高离子传导，降低阻抗10％以上；

（2）多梯度立体掺杂技术，体相掺杂及表面掺杂多元素协同作用，稳定高镍材料晶格结构，同时降低界面氧化性，循环提升20％，产气降低&

30％；

（3）柔性包覆技术，基于大数据分析及仿真计算，筛选适配高镍材料体积变化大的柔性包覆材料，抑制循环颗粒粉化，产气降低&

20％。

电池负极应用了四项先进技术：

（1）原料种类及选择技术：

选取各项同性，不同结构、不同类型的原材料进行组合，使其极片OI值由12降低为7，动力学性能得到提升；

（2）原料破碎整形技术：

采用小骨料粒径组成二次颗粒，并复配一次颗粒，实现合理的粒径搭配，降低其副反应，循环性能和存储性能提升5-10%；

（3）表面改性技术：

采用液相包覆技术石墨表面包覆无定形碳，降低阻抗，提升锂离子的通道，使其阻抗降低20%；

（4）造粒技术：

精确控制粒径间的形貌、取向等造粒技术，使得满电膨胀率降低3-5%。

电解液方面，通过采用含硫添加剂/锂盐添加剂等低阻抗添加剂体系，降低正负极界面成膜阻抗，同时较高的锂盐浓度，保证了电解液较高的电导率；

隔膜方面，采用高孔隙陶瓷膜，提升隔膜导离子能力同时可兼顾耐热性，达到快充及安全的平衡；

极片方面，极片制备上通过采用多层涂覆工艺，实现高能和快充两大优点；

结构件方面，为了在满足600A大电流过流能力的条件下，尽可能地减轻电池重量。

蜂巢通过使用COMSOL软件仿真了结构件的过流能力和温度分布，优化设计后快充过程中结构件的温度小于60℃。

3.高压系统架构变革，功率器件迎来新机遇

目前，能够实现大功率快充的高压系统架构共有三类，2023年前多数主机厂将采用高压电池组串并联模式；

2023年后，随着高压部件成本下降，全系高压架构将成为未来主流。

此外，当前超级充电桩尚未普及，高电压平台车型须额外配臵升压器将400VDC转换为800VDC充入800V电池组。

随着电压平台的提升，电动汽车对零部件的性能要求明显升高，功率器件变化显著。

SiC功率器件凭借其耐高温、耐高压以及高频率的性能优势，将被广泛应用于OBC、DC/DC和电机控制器等高压部件中。

我们预计2025年国内新能源汽车SiC功率器件的市场规模有望达到60亿元。

3.1.高压系统架构：

三类架构可实现大功率快充，全系高压架构将成主流

3.1.1.三类高压系统架构可实现大功率快充

根据《EnablingFastCharging：

ATechnologyGapAssessment》，目前预计能实现大功率快充的高压系统架构共有三类：

（1）电池包、电机以及充电接口均达到1000V，车中只有1000V和12V两种电压级别的器件，OBC、空调压缩机、DC/DC以及PTC均重新适配以满足1000V高电压平台。

该架构不仅对电池系统安全要求很高，而且需要车上主要高压部件的功率器件全部由Si基IGBT替换成SiCMOSFET，短期成本较高；

（2）采用两个500V的电池组，通过高压配电盒的设计进行组合使用。

大功率快充时，两个电池组可串联成1000V平台；

在汽车运行时，两个电池组并联成500V平台，以适应500V的高压部件，该方案的优势在于不需要OBC、空调压缩机、DC/DC以及PTC等部件在短时间内重新适配，成本相对较低。

但由于两个电池组可能有不同的阻抗和温度条件，从而导致充电状态不平衡，因此该架构需要较为复杂的电池管理系统和电子技术将电池组在串联、并联之间转换；

（3）整车搭载一个1000V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将1000V电压降至400V，车上其他高压部件均采用400V电压平台。

3.1.2.保时捷Taycan搭载四个电压平台

保时捷Taycan所使用的高压架构类似于上述第一类，不同的是Taycan搭载了800V、400V、48V、12V共四个电压平台，并且配备多个DC/DC转换器将800V电压转换成其余电压，以及在前翼子板上两边配备一个标准直流快充接口（驾驶侧）和一个交流慢充接口（副驾驶侧），交流慢充接口通过车载充电机将交流电转换至800V直流电充入动力电池。

Taycan的四个电压平台各有用途：

（1）Taycan通过800V电压平台实现了最高270kW的充电功率，同时也实现了最高配TurboS560kW的整车电机输出功率，放电倍率达到6C；

（2）400V电压平台和充电接口的存在主要是为了解决目前高压大功率充电桩还未普及的问题。

其次，由于暂时没有供应商给保时捷提供800V的电空调压缩机，只能配备DC/DC将800VDC降至400VDC以供空调压缩机使用；

（3）48V电压平台是专门为PDCC动态底盘控制而设计，为使得车辆底盘操控可变而设计的一整套包括可调阻尼、空气弹簧、主动稳定杆在内的系统；

（4）12V电压平台主要是用在车身电子、娱乐设备、控制器等零件，为此配备磷酸铁锂电池。

保时捷Taycan的高压架构对于当前高电压平台车型具有借鉴意义，当前配套800V电压平台车型的基础设施尚未完全普及，短期量产的高电压平台车型通常会选择搭配多个电压平台以匹配现有充电设施。

此外，我们预计在2023年前大部分主机厂将采用上述第二类架构；

2023年后，随着高压部件成本下降，第一类架构将成为未来主流。

3.1.3.800V电压平台须配备升压转换器

在400V电压平台上，交流电依据电池管理系统（BMS）提供的数据，经车载充电机（On-BoardCharger）转化为可供动力电池使用的直流电，对新能源汽车的动力电池进行充电；

直流电则通过直流充电口直接向电池组充电。

而在800V电压平台上，为兼容现有的400V直流快充桩，电动汽车须额外配备升压转换器将400V直流电升压至800V充入动力电池。

当800V充电桩大规模普及，该升压转换器将被取消。

从保时捷Taycan来看，800VDC经过PDU（高压配电盒）直接充入动力电池组，充电功率为270kW；

400VDC充电电源需通过内臵升压单元（Boosterunit）的直流充电机（On-boardDCcharger）转换为800VDC用于电池组，最大充电功率为150kW；

而240VAC则通过交流充电机（On-boardACcharger）转换为动力电池可以使用的直流电，对汽车动力电池进行慢速充电，充电功率可达11kW。

从现代E-GMP平台来看，据现代集团，不同于其他品牌车型需要单独安装一个内臵升压器的车载充电机将400VDC转换为800VDC供汽车电池组使用，消费者需额外付费，且车辆将增重约20kg。

E-GMP平台的多重充电系统（Multi-ChargingSystem）则先经过特殊的整合式电动马达/升压器（Motor/Inverter）将400VDC升压为800VDC，再对高压电池组进行充电，其优势是能降低成本与重量。

3.2.功率器件：

SiC优势明显，高电压平台不可或缺

3.2.1.功率器件在新能源车中具备重要作用，占车用半导体成本比重大

功率半导体具有改变电压和频率、直流交流转换等的作用

功率半导体是电子装臵中电能转换与电路控制的核