Trong chế độ sạc quá mức, cũng có một số yêu cầu cứng nhắc cho đầu xe. Từ góc độ của các thành phần xe, điện áp pin xe đã tăng từ 450V lên 950V hoặc cao hơn, và hệ thống sạc và phân phối, hệ thống điều khiển điện, hệ thống pin và hệ thống quản lý nhiệt đã trải qua những thay đổi đáng kể. Điện áp cao sẽ tăng chi phí của máy nén, PTCs và MCU điều khiển động cơ. So với các hệ thống sạc nhanh 2C và 400V đã phát triển hơn, chi phí của nền tảng điện áp 950V tăng khoảng 6.500 nhân dân tệ so với nền tảng điện áp 450V. Trong tương lai, các nhà sản xuất ô tô trong và ngoài nước sẽ ưu tiên ứng dụng các nền tảng điện áp cao 800V trở lên trong các mẫu xe trung và cao cấp để tạo ra sự cạnh tranh khác biệt. Trong dài hạn, khi chi phí của các thành phần cốt lõi như SiC và pin sạc nhanh giảm, các mẫu xe trung và thấp cũng có nhu cầu sạc nhanh, và có một xu hướng dài hạn để nâng cấp kiến trúc điện lên 800V trở lên.
So với nền tảng điện áp 450V, dưới điều kiện cùng công suất gói, nền tảng 950V được đạt bằng cách tăng số lượng ô pin nối tiếp và giảm dung lượng của một ô pin đơn. Số lượng pin nối tiếp tăng. Nếu có sự khác biệt giữa các pin, tuổi thọ pin sẽ bị rút ngắn. Dưới tác động của điều này, hệ thống pin 800V đã tăng yêu cầu về công nghệ sản xuất và tính nhất quán của ô pin. Khi số lượng dây pin tăng, khó khăn trong quản lý tính nhất quán của pin tăng. Các thành phần và kết nối như chip chính của BMS (hệ thống quản lý pin) trên đầu xe, chip lấy mẫu và chip cách ly giao tiếp giữa các mạch điện áp cao và thấp cần được lựa chọn lại. Đồng thời, do lượng nhiệt sinh ra trong quá trình sạc nhanh lớn, nguy cơ nổ nhiệt tăng, vì vậy cần theo dõi hiệu quả và cảnh báo sớm.
Trong công nghệ sạc chậm, do dòng trong mạch ngoại vi nhỏ, tốc độ di chuyển electron tương ứng chậm hơn. Lúc này, phản ứng của ion và electron trong mạch nội bộ được điều chỉnh để phù hợp với tốc độ electron trong mạch ngoại vi. Trong môi trường này, điện thế của hai cực không khác biệt nhiều so với điện thế cân bằng. Trong ứng dụng sạc nhanh, ion lithium nhanh chóng rơi khỏi cực dương, dẫn đến nồng độ ion lithium cực kỳ cao bên trong pin. Sự tăng đột ngột về nồng độ ion lithium gây ra sự không phù hợp về căng thẳng giữa các hạt hoạt tính bên trong pin. Khi căng thẳng đạt ngưỡng, nó sẽ gây ra việc hạt hoạt tính bị vỡ và bị hỏng, không chỉ làm giảm tuổi thọ của pin điện, mà còn tăng kháng nội của nó. Do tăng kháng nội của pin, tốc độ di chuyển của ion và electron trong mạch nội bộ chậm lại. Đồng thời, tốc độ trung hòa giữa hai cái không thể theo kịp với tốc độ di chuyển của electron trong mạch ngoại vi. Dưới tác động của 'nhanh bên ngoài nhưng chậm bên trong', electron bắt đầu tích tụ tại điện cực, gây ra điện thế của điện cực lệch khỏi điện thế cân bằng, được biết đến phổ biến là hiện tượng phân cực.
Sự tích tụ của hiện tượng phân cực gây ra các vấn đề như kết tủa lithium, mất dung lượng và sinh nhiệt trong điện cực âm, giới hạn sự phát triển của sạc nhanh. Hiện nay, có ba giải pháp cụ thể: tái hạt, phủ bề mặt carbon và điện cực âm silic cacbon.
Chức năng của các chất phụ gia dẫn là thu thập dòng micro giữa các vật liệu hoạt tính và giữa các vật liệu hoạt tính và bộ sưu tập hiện tại để giảm điện trở tiếp xúc của điện cực và tăng tốc độ di chuyển của electron. Hiện nay, các chất phụ gia dẫn dựa trên carbon có thể được chia thành năm loại: graphite dẫn, than carbon dẫn, sợi cacbon cắt, ống nano cacbon và graphene. Chất phụ gia dẫn kết hợp với than carbon và ống nano cacbon là hình thức sử dụng lý tưởng nhất. Theo dữ liệu của GGII, vào năm 2021, than carbon dẫn chiếm tới 60% chất phụ gia dẫn của pin điện của Trung Quốc, ống nano cacbon chiếm 27%, graphene và graphite dẫn chiếm lần lượt 8% và 4%.
Theo tính toán của GGII, lượng thêm vào của các chất phụ gia dẫn điện truyền thống như than đen dẫn điện khoảng 3% trọng lượng của vật liệu cực, trong khi lượng thêm vào của các chất phụ gia dẫn điện mới như các ống nano cacbon và graphene giảm xuống còn 0,8%-1,5%. Vai trò của chất phụ gia dẫn điện trong điện cực là cung cấp một kênh cho electron di chuyển. Nếu nội dung của chất phụ gia là phù hợp, có thể đạt được dung lượng xả cao hơn và hiệu suất chu kỳ tốt hơn. Nếu nội dung quá thấp, sẽ có ít kênh dẫn điện cho electron, không thuận lợi cho việc sạc và xả dòng lớn; nếu quá cao, thì nội dung tương đối của vật liệu hoạt tính sẽ giảm và dung lượng pin sẽ giảm. Khi tốc độ sạc tăng, cần sử dụng các vật liệu than đen dẫn điện có khả năng dẫn điện cao hơn. Để đáp ứng hiệu suất sạc nhanh, tỷ lệ chất phụ gia được thêm vào điện cực dương và âm sẽ được tăng thêm. Dưới 4C, nhu cầu về 1GWh than đen dẫn điện sẽ tăng khoảng 35% so với 2C. Việc phủ lớp cacbon lên bộ sưu tập hiện tại cũng sẽ tăng nhu cầu về than đen dẫn điện.
Hầu hết các thiết bị công suất hiện có dựa trên vật liệu bán dẫn silic. Do các hạn chế về tính chất vật lý của vật liệu silic, hiệu suất năng lượng và hiệu suất của các thiết bị đã dần tiệm cận giới hạn của chúng, làm cho việc đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng và thay đổi nhanh chóng cho các ứng dụng năng lượng điện trở nên khó khăn. Với khả năng chịu điện áp cao, chịu nhiệt độ cao, tổn thất thấp và các tính chất khác, các thiết bị công suất carbide silic có thể đáp ứng hiệu quả yêu cầu về hiệu suất cao, thu nhỏ và nhẹ của các hệ thống điện tử công suất. So với MOSFET dựa trên silic cùng thông số, MOSFET dựa trên carbide silic có thể giảm kích thước đáng kể xuống còn 1/10 so với ban đầu, và trở kháng trên có thể giảm xuống ít nhất 1/100 so với ban đầu. Tổng tổn thất năng lượng của MOSFET dựa trên carbide silic cùng thông số có thể giảm đáng kể 70% so với IGBT dựa trên silic. Hiệu suất cao và kích thước nhỏ của SiC giải quyết đúng nhu cầu về tầm hoạt động, sạc nhanh và nhẹ của xe điện.
Giá trị của bán dẫn công suất trong các phương tiện chạy bằng nhiên liệu truyền thống là 88 đô la mỗi xe, trong khi giá trị của bán dẫn công suất trong các xe điện tinh khiết lên đến 350 đô la mỗi xe, hoặc thậm chí cao hơn. Sự phát triển sâu hơn của thông minh điện sẽ đẩy mạnh việc tăng nội dung bán dẫn; từ một góc độ kinh tế, với việc ứng dụng quy mô lớn của SiC, giá của các thiết bị SiC dự kiến sẽ khoảng 2 lần so với IGBT. Nếu giả định rằng 70% bán dẫn công suất được hoàn toàn thay thế bằng SiC, giá trị của một chiếc xe sẽ tăng từ 2450 nhân dân tệ lên khoảng 4.000 nhân dân tệ. Ngược lại, SiC ở cấp độ xe sẽ đẩy mạnh hiệu suất NEDC tăng thêm 3%. Đối với một mô hình 100kwh, công suất được cấu hình tương đương giảm đi 2-3kwh, tiết kiệm khoảng 2.000 nhân dân tệ trong chi phí bảo hiểm một phần. Trong tương lai, sự pha loãng sẽ được cố định với việc mở rộng năng lực sản xuất. Tiến bộ về chi phí và công nghệ đã cải thiện hiệu suất, và chi phí sẽ tiếp tục giảm nhanh chóng, đẩy điểm uốn của sự cân đối chi phí của xe SiC, thúc đẩy việc mở rộng các mô hình SiC cao điện áp thành các mô hình kinh tế, và tăng tỷ lệ xâm nhập của 800V.
