汽車(chē)超級(jí)快充產(chǎn)業(yè)研究：超級(jí)快充時(shí)代來(lái)臨-高電壓平臺(tái)加速滲透

1、汽車(chē)超級(jí)快充產(chǎn)業(yè)研究：超級(jí)快充時(shí)代來(lái)臨_高電壓平臺(tái)加速滲透1. 高電壓平臺(tái)優(yōu)勢(shì)明顯，行業(yè)趨勢(shì)確立核心觀點(diǎn)：“充電慢”是目前新能源車(chē)行業(yè)的核心痛點(diǎn)，高電壓平臺(tái)和超充樁是實(shí)現(xiàn)大功率 快充的主要方案。近年來(lái)，海內(nèi)外車(chē)企和科技巨頭紛紛發(fā)布高電壓平臺(tái)量產(chǎn)車(chē)型和解決方案， 行業(yè)趨勢(shì)逐步確立。高電壓平臺(tái)優(yōu)勢(shì)突出，不僅能顯著提升充電效率，還有助于提升汽車(chē)動(dòng) 力性能和續(xù)航里程。高電壓平臺(tái)車(chē)型量產(chǎn)條件基本成熟：從零部件看，車(chē)端和樁端的高壓零 部件產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善，其中車(chē)端主要零部件有望于 2021 年年底基本實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)；從充電樁看， 大功率快充產(chǎn)品已成型，國(guó)家電網(wǎng)新招標(biāo)的大功率充電樁占比大幅提升，2021 年第 1

2、次招 標(biāo)中的 160kW 充電樁占比接近 40%；從充電標(biāo)準(zhǔn)看，新標(biāo)準(zhǔn)有望于 2021 年發(fā)布，直流充 電功率最高有望達(dá)到 900kW。1.1. 高電壓平臺(tái)趨勢(shì)確立，國(guó)內(nèi)外 OEM 跑步入場(chǎng)“充電慢”是新能源車(chē)行業(yè)的核心痛點(diǎn)，高電壓平臺(tái)和超充樁是實(shí)現(xiàn)大功率快充的主要方案。 以 2020 年熱銷(xiāo)的部分純電動(dòng)車(chē)型為例，其直流快充的理論平均充電倍率約為 1C（即 1 小時(shí) 可充滿(mǎn) 100%SOC），完成 30%-80%SOC 需 30min，NEDC 續(xù)航里程約為 227km。其中， Model 3 搭配其自建超充樁可實(shí)現(xiàn)充電 15min 行駛 279km，理論充電倍率約為 1.85C，為行 業(yè)較高

3、水平。而在滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的充電樁下，比亞迪漢 EV 的充電速度是主流車(chē)型中最快的， 其峰值充電功率可達(dá) 120kW，完成 30%-80%SOC 仍需 25min。在眾多解決方案中，高電壓 平臺(tái)和與之配套的超級(jí)充電樁是目前被大多數(shù)整車(chē)廠看好的主要方案。2021-2022 年，行業(yè) 主流企業(yè)如華為、比亞迪、吉利等均有望推出高電壓平臺(tái)及相關(guān)車(chē)型，充電倍率有望達(dá)到2C。 屆時(shí)，“充電焦慮”有望得到顯著緩解。近年來(lái)，海外整車(chē)廠紛紛推出高電壓平臺(tái)車(chē)型。2019 年，保時(shí)捷率先量產(chǎn) 800V 高電壓平臺(tái) 電動(dòng)車(chē) Taycan，目前最大充電功率可達(dá) 270kW，可在 22.5min 內(nèi)完成 5%-80%SOC，

4、后續(xù) 版本最高充電功率有望達(dá)350kW；2020年，現(xiàn)代集團(tuán)正式發(fā)布E-GMP平臺(tái)，搭載400V/800V 超高壓充電系統(tǒng)，可在 18min 內(nèi)完成 0%-80%SOC，可實(shí)現(xiàn)充電 5min 續(xù)航 100km；2021 年，搭載的奧迪自研 PPE 平臺(tái)的 A6 e-tron Concept 面世，該平臺(tái)搭載了 800V 高壓電氣系 統(tǒng)，理想狀況下充電 10min 續(xù)航 300km。國(guó)內(nèi)科技巨頭和車(chē)企也積極布局高電壓平臺(tái)及解決方案。華為于 2021 年推出業(yè)內(nèi)首個(gè) AI 閃 充全棧動(dòng)力域高壓解決方案，計(jì)劃在 2021 年落地 750V 的閃充方案，15min 實(shí)現(xiàn) 30%-80%SOC；比亞迪于

5、 2021 年發(fā)布的 e 平臺(tái) 3.0 搭載 800V 閃充技術(shù)，充電 5min 續(xù)航 150km；2021 年，吉利發(fā)布量產(chǎn)車(chē)型極氪 001，基于 SEA 浩瀚架構(gòu)打造，支持 800V 超級(jí) 快充，可實(shí)現(xiàn)充電 5min 續(xù)航 120km。1.2. 緩解“充電焦慮”，提高效率，高電壓平臺(tái)優(yōu)勢(shì)明顯1.2.1. 提升充電效率，高電壓平臺(tái)勢(shì)在必行充電功率等于電壓和電流的乘積，提高電動(dòng)車(chē)單位時(shí)間內(nèi)的充電功率須提升輸入電壓或電流。 截至 2020 年，國(guó)內(nèi)大部分量產(chǎn)純電動(dòng)車(chē)型的額定電壓均小于 500V，在現(xiàn)有國(guó)標(biāo)直流充電標(biāo) 準(zhǔn)下，純電車(chē)的輸入電壓越高，即可實(shí)現(xiàn)更高的直流充電功率，大大縮短充電時(shí)長(zhǎng)。假設(shè)一

6、輛排氣量 2.0 的燃油車(chē)百公里油耗 10L 左右，加滿(mǎn)油僅需 3-5min，可續(xù)航 500km； 而根據(jù)華為 FC3 閃充解決方案，2025 年充電電壓可提升至 1000V，充電功率達(dá)到 600kW， 5min 即可充電 50kWh，可實(shí)現(xiàn)續(xù)航約 500km。因此，隨著電壓平臺(tái)的提升，加油和充電用 時(shí)明顯接近。1.2.2. 優(yōu)勢(shì)凸顯，助力提升整車(chē)動(dòng)力性能、續(xù)航里程高電壓平臺(tái)有利于提升動(dòng)力性能和續(xù)航里程在動(dòng)力性能方面，電壓的提升能夠有效提高電池放電倍率，匹配驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功率需求，以滿(mǎn)足超高的動(dòng)力需求。以保時(shí)捷 Taycan 為例，家用電動(dòng)車(chē)的電機(jī)峰值功率一般為 100-150kW， 而保時(shí)捷 Ta

7、ycan Turbo S 整車(chē)電機(jī)輸出功率為 560kW，電壓平臺(tái)為 400V 的電池組放電倍 率通常在 2C 左右，無(wú)法滿(mǎn)足 Taycan 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功率需求，而 Taycan 電池組的放電倍率則 能達(dá)到 6C。在續(xù)航里程方面，在功率不變的情況下，降低電流，能有效降低系統(tǒng)熱損耗，從而提升續(xù)航 里程。以?shī)W迪 PPE 800V 高電壓平臺(tái)為例，與 E-tron 400V 電壓平臺(tái)相比，該平臺(tái)電機(jī)系統(tǒng) 能耗損失降低 50%，對(duì)續(xù)航里程的貢獻(xiàn)增加 10%。此外，高電壓平臺(tái)需要用耐高壓的 SiC 器件替代原有的 Si 基 IGBT，SiC 器件可大幅降低能量損耗，現(xiàn)代 E-GMP 平臺(tái)采用了 800V

8、 SiC 模塊，整車(chē)?yán)m(xù)航能力提升約 5%。降低線束成本，實(shí)現(xiàn)輕量化新能源汽車(chē)的高壓線束須承受較大電流，因此需要截面積較大的高壓線束，但截面積大的高 壓線束剛度強(qiáng)，難以彎曲，不僅在車(chē)內(nèi)難以布局，而且可能在碰撞后刺入駕駛艙，增加安全 風(fēng)險(xiǎn)；此外，截面積越大的高壓線束成本越高。相同電壓水平下，截面積 6mm2的成本約為 2.5mm2 的 1.5 倍。因此，在用電功率相同的前提下，電壓等級(jí)提高能有效減小高壓線束截 面積，確保行車(chē)安全，降低線束重量，節(jié)省安裝空間，提高整體高壓系統(tǒng)布線水平，并達(dá)到 有效降低線束成本的效果。1.3. 高電壓零部件供應(yīng)鏈逐漸成熟，快充樁布局已就位1.3.1. 高壓架構(gòu)零部件產(chǎn)

9、業(yè)鏈逐步完善高壓架構(gòu)下，電池包、電驅(qū)動(dòng)、PTC、空調(diào)、車(chē)載充電機(jī)等都需重新適配，對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈上下游 有重要影響。從全產(chǎn)業(yè)鏈角度看，主要高壓零部件有望于 2021 年年底基本實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。從車(chē)端看，目前 PTC 和空調(diào)已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，高壓 OBC、DC/DC、快充電池、高壓 BMS 以及 高壓電驅(qū)動(dòng)預(yù)計(jì)于 2021 年量產(chǎn)。具體來(lái)看，日立和馬瑞利已為 Taycan 800V 電壓平臺(tái)設(shè)計(jì) 電驅(qū)動(dòng)部件，華為、博格華納、匯川技術(shù)等陸續(xù)發(fā)布 800V 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，而采埃孚也將于 2021 年在中、歐兩地批量生產(chǎn) 800V SiC 三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；華為、德?tīng)柛＜安糠周?chē)企自研高壓 集成單元，已具備高冷卻性能和高耐壓

10、化性能；翰昂、馬勒、美的威靈、海立、奧特佳、科 博爾、華工新高理和比亞迪已具備制造 800V 電動(dòng)壓縮機(jī)或 PTC 的能力；巴斯巴、永貴、中 航光電、泰科等供應(yīng)商也已具備量產(chǎn) 800V 線纜及端子的能力。從樁端看，高壓零部件的成熟度比車(chē)端高，充電槍、線、直流接觸器和熔絲等需重新選型， 目前均有成熟產(chǎn)品。從充電模塊看，優(yōu)優(yōu)綠能、華為、英飛源、永聯(lián)等國(guó)內(nèi)充電模塊主流企 業(yè)陸續(xù)發(fā)布了充電范圍寬至 1000V 的充電模塊，其中，華為推出 HUAWEI Hi Charger 直流 快充模塊，可解決充電行業(yè)運(yùn)營(yíng)成本高、設(shè)備生命周期短的痛點(diǎn)。1.3.2. 大功率快充產(chǎn)品已成型，大功率充電樁占比大幅提升國(guó)內(nèi)充

11、電樁企業(yè)已布局大功率快充產(chǎn)品。特來(lái)電 300kW 一體式直流雙槍充電單樁既可實(shí)現(xiàn) 300kW 雙槍快充，同時(shí)可以滿(mǎn)足 150kW 群充充電需求，輸出電壓最高可達(dá) 750V；星星充 電自主研發(fā)的 500kW 大功率液冷充電系統(tǒng)可讓車(chē)輛于 10min 內(nèi)充滿(mǎn)電，能有效提高電樁轉(zhuǎn) 換效率，并顯著降低電損，目前已與保時(shí)捷產(chǎn)品完成對(duì)口測(cè)驗(yàn)；萬(wàn)馬愛(ài)充旗下產(chǎn)品智慧充電 樹(shù) V1 和 V2 充電功率在 240kW-480kW，直流輸出電壓高達(dá) 750V。國(guó)家電網(wǎng)作為快充樁營(yíng)運(yùn)龍頭，同時(shí)是國(guó)內(nèi)最大的充電樁公開(kāi)招標(biāo)企業(yè)，其招標(biāo)需求對(duì)行業(yè) 具有風(fēng)向標(biāo)意義。近年，國(guó)家電網(wǎng)招標(biāo)的大功率充電樁數(shù)量呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)。201

12、8 年第 一次招標(biāo)中 7kW、60kW、120kW 和 200kW 分別占比 25.85%、39.73%、26.33%和 0.91%， 而 2021 年第一次招標(biāo)中沒(méi)有 80kW 以下，80kW 和 160kW 分別占比 55.92%和 39.51%， 480kW 占比達(dá)到 2.18%，大功率充電樁占比大幅提升。從電壓上看，目前國(guó)家電網(wǎng)招標(biāo)充 電樁的充電模塊已可兼容 DC200V-750V，未來(lái)將主要開(kāi)發(fā) 750V 并提前研發(fā) 950V 的充電模 塊。1.3.3. ChaoJi 技術(shù)發(fā)布，為大功率快充時(shí)代到來(lái)奠定基礎(chǔ)2020 年 6 月，國(guó)家電網(wǎng)有限公司與日本 CHAdeMO 協(xié)議會(huì)分別發(fā)布電

13、動(dòng)汽車(chē) ChaoJi 傳 導(dǎo)充電技術(shù)白皮書(shū)和 CHAdeMO3.0 標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)志著 ChaoJi 充電技術(shù)邁入標(biāo)準(zhǔn)制定與產(chǎn)業(yè)應(yīng) 用新階段。ChaoJi 充電技術(shù)是一套完整的電動(dòng)汽車(chē)直流充電系統(tǒng)解決方案，針對(duì)國(guó)際上現(xiàn)有 充電系統(tǒng)存在的問(wèn)題，在充電安全、充電功率、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、向前兼容性及未來(lái)應(yīng)用等方面進(jìn) 行了全面提升。兼容國(guó)內(nèi) GB/T 標(biāo)準(zhǔn)的版本有望于 2021 年發(fā)布。在新標(biāo)準(zhǔn)下，直流充電樁 的最大電流有望達(dá) 600A，最高電壓有望達(dá)到 1500V，直流充電功率最高可達(dá) 900kW。2. 龍頭企業(yè)紛紛入場(chǎng)，超級(jí)快充時(shí)代到來(lái)核心觀點(diǎn)：龍頭企業(yè)紛紛入場(chǎng)高電壓平臺(tái)，華為推出首個(gè) AI 閃充全棧動(dòng)力域高壓

14、平臺(tái)解決 方案，2021 年落地的 FC1 閃充方案，充電 15min 可實(shí)現(xiàn) 30%-80%SOC；保時(shí)捷于 2019 年推出首款搭載 800V 電壓平臺(tái)的純電動(dòng)量產(chǎn)車(chē)；比亞迪發(fā)布 e 平臺(tái) 3.0，搭載 800V 高壓閃 充技術(shù)；廣汽發(fā)布超級(jí)快充電池技術(shù)，其中3C快充電池系統(tǒng)充電 16min可完成 0%-80%SOC， 預(yù)計(jì)今年 9 月投產(chǎn)；吉利發(fā)布極氪 001，搭載 800V 高電壓平臺(tái)；長(zhǎng)城旗下蜂巢能源發(fā)布蜂 速快充電池，其中第二代蜂速快充電池支持 800V 的高壓電氣架構(gòu)，充電倍率達(dá)到 4C。2.1. 華為：推出首個(gè) AI 閃充全棧動(dòng)力域高壓平臺(tái)解決方案2021年4月，華為推出首個(gè)A

15、I閃充全棧動(dòng)力域高壓平臺(tái)解決方案，計(jì)劃于2021年落地750V、 200kW 的 FC1 閃充方案，充電 15min 可實(shí)現(xiàn) 30%-80%SOC；2023 年落地 1000V、400kW的 FC2 閃充方案，充電 7.5min 可實(shí)現(xiàn) 30%-80%SOC；2025 年落地 1000V、600kW 的 FC3 閃充方案，充電 5min 可實(shí)現(xiàn) 30%-80%SOC。該解決方案包括高壓車(chē)載充電系統(tǒng)、高壓異步電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、高壓同步電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、高壓電池 管理系統(tǒng)、直流快充模塊、三電云和高壓熱管理系統(tǒng)。在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上，華為提供了業(yè)界首個(gè) 前異后同的高壓四驅(qū)解決方案。該方案可實(shí)現(xiàn)零百加速 3.5s，NED

16、C 效率提升 3.5%，在相 同電池容量下，續(xù)航里程提升 5%。目前，搭載該款 AI 閃充高壓解決方案的北汽極狐阿爾法 S HI 版本有望于第四季度開(kāi)始小批量交付。從成本上看，相較于普通充電，華為高壓架構(gòu)下的熱管理、電驅(qū)動(dòng)和電源以及線纜輔料的成 本均持平，只有電池系統(tǒng)的成本上升5%，而整車(chē)成本上升500A，完成 0%-80%SOC 僅需 8min。2.5. 吉利：正式發(fā)布極氪 001，支持 360kW 超級(jí)快充2021 年，吉利正式發(fā)布基于浩瀚 SEA 架構(gòu)的極氪 001，該車(chē)型共有超長(zhǎng)續(xù)航單電機(jī) WE 版、 長(zhǎng)續(xù)航雙電機(jī) WE 版和超長(zhǎng)續(xù)航雙電機(jī) YOU 版三個(gè)版本，價(jià)格在 28.1-36

17、萬(wàn)之間，長(zhǎng)續(xù)航 版和超長(zhǎng)續(xù)航版的電池包容量分別為 86 和 100kWh，續(xù)航里程最高可達(dá) 712km，零百加速 可達(dá) 3.8s。搭載 800V 高電壓平臺(tái)的極氪 001 可實(shí)現(xiàn)充電 5min 續(xù)航 120km，且支持最高 360kW 超級(jí)快充。此外，極氪還布局充電站和充電樁的建設(shè)。2021 年，極氪有望建成 290 座充電站和 2800 個(gè)充電樁。2023 年底，極氪充電站累計(jì)建設(shè)數(shù)量有望達(dá)到 2200 座，充電樁累計(jì)建設(shè)數(shù)量將 達(dá)到 20000 個(gè)。極氪充電地圖不僅囊括自建樁，還將接入第三方公共充電網(wǎng)絡(luò)。未來(lái)隨著充 電版圖的擴(kuò)張，極氪將實(shí)現(xiàn)用戶(hù)在途和在家的補(bǔ)能全場(chǎng)景覆蓋。2.6. 長(zhǎng)城汽車(chē)

18、：4C 快充電池將于 2023 年量產(chǎn)蜂巢能源推出全新快充技術(shù)和對(duì)應(yīng)電芯2021 年 4 月，長(zhǎng)城旗下的蜂巢能源攜旗下全系列電池產(chǎn)品亮相，并推出全新的快充技術(shù)和 對(duì)應(yīng)電芯。其中，第一代 2.2C 蜂速快充電池的電芯容量為 158Ah，能量密度 250Wh/kg， 充電 16min 可實(shí)現(xiàn) 20-80%SOC，2021Q4 有望量產(chǎn)；第二代 4C 快充電池充電 10min 可實(shí) 現(xiàn) 20%-80%SOC，電池功率2400W，電池容量 165Ah，能量密度260Wh/kg，快充循 環(huán)1500 次，有望于 2023Q2 量產(chǎn)。該產(chǎn)品裝車(chē)電池電量可超過(guò) 100kWh，可滿(mǎn)足 450kW+ 的四驅(qū)高功率

19、放電，支持 350kW 以上的充電樁和 800V 的高壓電氣架構(gòu)性能車(chē)?？斐潆姵卣龢O方面采用三項(xiàng)技術(shù)：（1） 采用前驅(qū)體定向生長(zhǎng)精準(zhǔn)控制技術(shù)，通過(guò)控制前驅(qū)體合成參數(shù)，一次粒徑放射狀生長(zhǎng)， 打造離子遷移“高速公路”，提高離子傳導(dǎo)，降低阻抗 10以上；（2） 多梯度立體摻雜技術(shù)，體相摻雜及表面摻雜多元素協(xié)同作用，穩(wěn)定高鎳材料晶格結(jié)構(gòu)， 同時(shí)降低界面氧化性，循環(huán)提升 20，產(chǎn)氣降低30；（3） 柔性包覆技術(shù)，基于大數(shù)據(jù)分析及仿真計(jì)算，篩選適配高鎳材料體積變化大的柔性包 覆材料，抑制循環(huán)顆粒粉化，產(chǎn)氣降低20。電池負(fù)極應(yīng)用了四項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)：（1） 原料種類(lèi)及選擇技術(shù)：選取各項(xiàng)同性，不同結(jié)構(gòu)、不同類(lèi)型的原

20、材料進(jìn)行組合，使其 極片 OI 值由 12 降低為 7，動(dòng)力學(xué)性能得到提升；（2） 原料破碎整形技術(shù)：采用小骨料粒徑組成二次顆粒，并復(fù)配一次顆粒，實(shí)現(xiàn)合理的粒 徑搭配，降低其副反應(yīng)，循環(huán)性能和存儲(chǔ)性能提升 5-10%；（3） 表面改性技術(shù)：采用液相包覆技術(shù)石墨表面包覆無(wú)定形碳，降低阻抗，提升鋰離子的 通道，使其阻抗降低 20%；（4） 造粒技術(shù)：精確控制粒徑間的形貌、取向等造粒技術(shù)，使得滿(mǎn)電膨脹率降低 3-5%。電解液方面，通過(guò)采用含硫添加劑/鋰鹽添加劑等低阻抗添加劑體系，降低正負(fù)極界面成膜阻抗，同時(shí)較高的鋰鹽濃度，保證了電解液較高的電導(dǎo)率；隔膜方面，采用高孔隙陶瓷膜，提 升隔膜導(dǎo)離子能力同時(shí)

21、可兼顧耐熱性，達(dá)到快充及安全的平衡；極片方面，極片制備上通過(guò) 采用多層涂覆工藝，實(shí)現(xiàn)高能和快充兩大優(yōu)點(diǎn)；結(jié)構(gòu)件方面，為了在滿(mǎn)足 600A 大電流過(guò)流 能力的條件下，盡可能地減輕電池重量。蜂巢通過(guò)使用 COMSOL 軟件仿真了結(jié)構(gòu)件的過(guò)流 能力和溫度分布，優(yōu)化設(shè)計(jì)后快充過(guò)程中結(jié)構(gòu)件的溫度小于 60。3. 高壓系統(tǒng)架構(gòu)變革，功率器件迎來(lái)新機(jī)遇核心觀點(diǎn)：目前，能夠?qū)崿F(xiàn)大功率快充的高壓系統(tǒng)架構(gòu)共有三類(lèi)，2023 年前多數(shù)主機(jī)廠將 采用高壓電池組串并聯(lián)模式；2023 年后，隨著高壓部件成本下降，全系高壓架構(gòu)將成為未 來(lái)主流。此外，當(dāng)前超級(jí)充電樁尚未普及，高電壓平臺(tái)車(chē)型須額外配臵升壓器將 400V DC

22、轉(zhuǎn)換為 800V DC 充入 800V 電池組。隨著電壓平臺(tái)的提升，電動(dòng)汽車(chē)對(duì)零部件的性能要求明 顯升高，功率器件變化顯著。SiC 功率器件憑借其耐高溫、耐高壓以及高頻率的性能優(yōu)勢(shì)， 將被廣泛應(yīng)用于 OBC、DC/DC 和電機(jī)控制器等高壓部件中。我們預(yù)計(jì) 2025 年國(guó)內(nèi)新能源 汽車(chē) SiC 功率器件的市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到 60 億元。3.1. 高壓系統(tǒng)架構(gòu)：三類(lèi)架構(gòu)可實(shí)現(xiàn)大功率快充，全系高壓架構(gòu)將成主流3.1.1. 三類(lèi)高壓系統(tǒng)架構(gòu)可實(shí)現(xiàn)大功率快充根據(jù)Enabling Fast Charging：A Technology Gap Assessment，目前預(yù)計(jì)能實(shí)現(xiàn)大功率快充的高壓系統(tǒng)架構(gòu)共有三

23、類(lèi)：（1） 電池包、電機(jī)以及充電接口均達(dá)到 1000V，車(chē)中只有 1000V 和 12V 兩種電壓級(jí)別的 器件，OBC、空調(diào)壓縮機(jī)、DC/DC 以及 PTC 均重新適配以滿(mǎn)足 1000V 高電壓平臺(tái)。 該架構(gòu)不僅對(duì)電池系統(tǒng)安全要求很高，而且需要車(chē)上主要高壓部件的功率器件全部由 Si 基 IGBT 替換成 SiC MOSFET，短期成本較高；（2） 采用兩個(gè) 500V 的電池組，通過(guò)高壓配電盒的設(shè)計(jì)進(jìn)行組合使用。大功率快充時(shí)，兩 個(gè)電池組可串聯(lián)成 1000V 平臺(tái)；在汽車(chē)運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)電池組并聯(lián)成 500V 平臺(tái)，以 適應(yīng) 500V 的高壓部件，該方案的優(yōu)勢(shì)在于不需要 OBC、空調(diào)壓縮機(jī)、DC/D

24、C 以及 PTC 等部件在短時(shí)間內(nèi)重新適配，成本相對(duì)較低。但由于兩個(gè)電池組可能有不同的 阻抗和溫度條件，從而導(dǎo)致充電狀態(tài)不平衡，因此該架構(gòu)需要較為復(fù)雜的電池管理系 統(tǒng)和電子技術(shù)將電池組在串聯(lián)、并聯(lián)之間轉(zhuǎn)換；（3） 整車(chē)搭載一個(gè) 1000V 電池組，在電池組和其他高壓部件之間增加一個(gè)額外的 DC/DC 將 1000V 電壓降至 400V，車(chē)上其他高壓部件均采用 400V 電壓平臺(tái)。3.1.2. 保時(shí)捷 Taycan 搭載四個(gè)電壓平臺(tái)保時(shí)捷 Taycan 所使用的高壓架構(gòu)類(lèi)似于上述第一類(lèi)，不同的是 Taycan 搭載了 800V、400V、 48V、12V 共四個(gè)電壓平臺(tái)，并且配備多個(gè) DC/DC

25、 轉(zhuǎn)換器將 800V 電壓轉(zhuǎn)換成其余電壓，以 及在前翼子板上兩邊配備一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)直流快充接口（駕駛側(cè)）和一個(gè)交流慢充接口（副駕駛側(cè)）， 交流慢充接口通過(guò)車(chē)載充電機(jī)將交流電轉(zhuǎn)換至 800V 直流電充入動(dòng)力電池。Taycan 的四個(gè)電壓平臺(tái)各有用途：（1） Taycan 通過(guò) 800V 電壓平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了最高 270kW 的充電功率，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了最高配 Turbo S 560kW 的整車(chē)電機(jī)輸出功率，放電倍率達(dá)到 6C；（2） 400V電壓平臺(tái)和充電接口的存在主要是為了解決目前高壓大功率充電樁還未普及的 問(wèn)題。其次，由于暫時(shí)沒(méi)有供應(yīng)商給保時(shí)捷提供 800V 的電空調(diào)壓縮機(jī)，只能配備 DC/DC 將 800

26、V DC 降至 400V DC 以供空調(diào)壓縮機(jī)使用；（3） 48V 電壓平臺(tái)是專(zhuān)門(mén)為 PDCC 動(dòng)態(tài)底盤(pán)控制而設(shè)計(jì)，為使得車(chē)輛底盤(pán)操控可變而設(shè) 計(jì)的一整套包括可調(diào)阻尼、空氣彈簧、主動(dòng)穩(wěn)定桿在內(nèi)的系統(tǒng)；（4） 12V 電壓平臺(tái)主要是用在車(chē)身電子、娛樂(lè)設(shè)備、控制器等零件，為此配備磷酸鐵鋰 電池。保時(shí)捷 Taycan 的高壓架構(gòu)對(duì)于當(dāng)前高電壓平臺(tái)車(chē)型具有借鑒意義，當(dāng)前配套 800V 電壓平 臺(tái)車(chē)型的基礎(chǔ)設(shè)施尚未完全普及，短期量產(chǎn)的高電壓平臺(tái)車(chē)型通常會(huì)選擇搭配多個(gè)電壓平臺(tái) 以匹配現(xiàn)有充電設(shè)施。此外，我們預(yù)計(jì)在 2023 年前大部分主機(jī)廠將采用上述第二類(lèi)架構(gòu)； 2023 年后，隨著高壓部件成本下降，第一

27、類(lèi)架構(gòu)將成為未來(lái)主流。3.1.3. 800V 電壓平臺(tái)須配備升壓轉(zhuǎn)換器在 400V 電壓平臺(tái)上，交流電依據(jù)電池管理系統(tǒng)（BMS）提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)車(chē)載充電機(jī)（On-BoardCharger）轉(zhuǎn)化為可供動(dòng)力電池使用的直流電，對(duì)新能源汽車(chē)的動(dòng)力電池進(jìn)行充電；直流電 則通過(guò)直流充電口直接向電池組充電。而在 800V 電壓平臺(tái)上，為兼容現(xiàn)有的 400V 直流快 充樁，電動(dòng)汽車(chē)須額外配備升壓轉(zhuǎn)換器將 400V 直流電升壓至 800V 充入動(dòng)力電池。當(dāng) 800V 充電樁大規(guī)模普及，該升壓轉(zhuǎn)換器將被取消。從保時(shí)捷 Taycan 來(lái)看，800V DC 經(jīng)過(guò) PDU（高壓配電盒）直接充入動(dòng)力電池組，充電功率 為 2

28、70kW；400V DC 充電電源需通過(guò)內(nèi)臵升壓?jiǎn)卧˙ooster unit）的直流充電機(jī)（On-board DC charger）轉(zhuǎn)換為 800V DC 用于電池組，最大充電功率為 150kW；而 240V AC 則通過(guò) 交流充電機(jī)（On-board AC charger）轉(zhuǎn)換為動(dòng)力電池可以使用的直流電，對(duì)汽車(chē)動(dòng)力電池 進(jìn)行慢速充電，充電功率可達(dá) 11kW。從現(xiàn)代 E-GMP 平臺(tái)來(lái)看，據(jù)現(xiàn)代集團(tuán)，不同于其他品牌車(chē)型需要單獨(dú)安裝一個(gè)內(nèi)臵升壓器的車(chē)載充電機(jī)將 400V DC 轉(zhuǎn)換為 800V DC 供汽車(chē)電池組使用，消費(fèi)者需額外付費(fèi)，且車(chē)輛 將增重約 20kg。E-GMP 平臺(tái)的多重充電系統(tǒng)

29、（Multi-Charging System）則先經(jīng)過(guò)特殊的整 合式電動(dòng)馬達(dá)/升壓器（Motor/Inverter）將 400V DC 升壓為 800V DC，再對(duì)高壓電池組進(jìn)行 充電，其優(yōu)勢(shì)是能降低成本與重量。3.2. 功率器件：SiC 優(yōu)勢(shì)明顯，高電壓平臺(tái)不可或缺3.2.1. 功率器件在新能源車(chē)中具備重要作用，占車(chē)用半導(dǎo)體成本比重大功率半導(dǎo)體具有改變電壓和頻率、直流交流轉(zhuǎn)換等的作用功率半導(dǎo)體是電子裝臵中電能轉(zhuǎn)換與電路控制的核心，主要作用包括改變電子裝臵中電壓和 頻率、直流交流轉(zhuǎn)換等。功率半導(dǎo)體可分為功率分立器件和功率 IC，其中功率分立器件分為 不可控制器件二極管、半控制器件晶閘管和全控制

30、器件 IGBT/MOSFET/BJT。以 IGBT 和 MOSFET 為主的全控制器件是帶有控制端的三端器件，其控制端不僅可控制開(kāi) 通，也能控制關(guān)斷。IGBT 和 MOSFET 的具體作用如下：（1） MOSFET（金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管）具有高頻、輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、控制 功率小等特點(diǎn)。在汽車(chē)電子領(lǐng)域，MOSFET 在電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)輔助驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向 及電制動(dòng)等動(dòng)力控制系統(tǒng)，以及電池管理系統(tǒng)等功率變換模塊領(lǐng)域均發(fā)揮重要作用。（2） IGBT（絕緣柵雙極晶體管）是由雙極型三極管 BJT 和 MOSFET 組成的復(fù)合全控型 電壓驅(qū)動(dòng)式功率器件。IGBT 不僅具有上述 MOSFET 的特點(diǎn)，還

31、具有 BJT 導(dǎo)通電壓 低、通態(tài)電流大、損耗小的優(yōu)點(diǎn)。IGBT 穩(wěn)定性稍弱于 MOSFET，但具有更高的耐壓 性，在高壓環(huán)境下傳導(dǎo)損耗較小。IGBT 的開(kāi)關(guān)特性可以實(shí)現(xiàn) DC 和 AC 之間的轉(zhuǎn)化 或者改變電流的頻率，有逆變和變頻的作用。功率器件在新能源車(chē)中用途廣泛，新能源車(chē)單車(chē)成本約為 265 美元。在新能源汽車(chē)高壓部件 中，MOSFET、IGBT 等功率器件主要應(yīng)用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)、OBC、DC/DC 變換、電空調(diào)驅(qū)動(dòng)等， 其中用量最大的是電機(jī)驅(qū)動(dòng)。據(jù) CASA Research，平均一輛傳統(tǒng)燃油車(chē)使用的半導(dǎo)體器件 價(jià)值為 355 美元，而新能源汽車(chē)使用的半導(dǎo)體器件價(jià)值為 695 美元，增加近一

32、倍，其中功率 器件增加最為顯著，由 17 美元增加至 265 美元，增加近 15 倍。3.2.2. SiC 材料優(yōu)勢(shì)明顯，器件性能顯著優(yōu)于 Si 器件SiC 器件具備高頻、耐高溫、耐高壓的性能優(yōu)勢(shì)在工作過(guò)程中，電機(jī)控制器會(huì)在直流母線電壓基礎(chǔ)上產(chǎn)生電壓浮動(dòng)。因此，在 450V 直流母 線電壓下，IGBT 模塊承受的最大電壓應(yīng)在 650V 左右，若直流母線電壓提升到 800V 以上， 對(duì)應(yīng)的功率器件耐壓水平則需提高至 1200V 左右。目前主流 Si 基 IGBT 在 800V 高電壓平 臺(tái)上存在著損耗高、效率低的缺點(diǎn)。SiC 功率器件不僅在耐壓和損耗水平上都能滿(mǎn)足 800V 電壓平臺(tái)的需求，還具

33、備進(jìn)一步拓展 至 1200V 電壓平臺(tái)的潛力，SiC MOSFET 功率半導(dǎo)體正被逐步運(yùn)用到高電壓平臺(tái)上?？傮w 上，對(duì)比硅基器件，SiC 功率器件主要有三大優(yōu)勢(shì)：（1） 耐高溫、高壓：SiC 功率器件的工作溫度理論上可達(dá) 600以上，是同等 Si 基器件 的 4 倍，耐壓能力是同等 Si 基器件的 10 倍，可承受更加極端的工作環(huán)境；（2） 器件小型化和輕量化：SiC 器件擁有更高的熱導(dǎo)率和功率密度，能夠簡(jiǎn)化散熱系統(tǒng)， 從而實(shí)現(xiàn)器件的小型化和輕量化，SiC 器件體積可減小至 IGBT 整機(jī)的 1/3-1/5，重 量可減小至 40-60%；（3） 低損耗、高頻率：SiC 器件的工作頻率可達(dá) Si

34、 基器件的 10 倍，且效率不隨工作頻率 的升高而降低，可降低近 50%的能量損耗，同時(shí)因頻率的提升減少了電感、變壓器 等外圍組件體積，從而降低了組成系統(tǒng)后的體積及其他組件成本。具體從新能源汽車(chē)上看，SiC 功率器件憑借其優(yōu)勢(shì)在電機(jī)驅(qū)動(dòng)、OBC、充電樁和 DC/DC 中 發(fā)揮著重要的作用：（1） 電機(jī)驅(qū)動(dòng)：SiC 功率器件可提升控制器效率、功率密度以及開(kāi)關(guān)頻率，通過(guò)降低開(kāi)關(guān)損耗和簡(jiǎn)化電路的熱處理系統(tǒng)來(lái)降低成本、重量、大小及功率逆變器的復(fù)雜性；（2） OBC 和充電樁：SiC 功率器件可提高電池充電器的工作頻率，實(shí)現(xiàn)充電系統(tǒng)的高效 化、小型化，并提升充電系統(tǒng)的可靠性。充電模塊的工作環(huán)境具有高頻、

35、高壓和高溫 的特點(diǎn)，與 Si 基器件相比，SiC 器件更適于此類(lèi)工作環(huán)境；（3） DC/DC：SiC 功率器件可縮小電路的尺寸，降低重量，減少無(wú)源器件的成本，在滿(mǎn) 足冷卻系統(tǒng)的需求的同時(shí)大大降低整個(gè)系統(tǒng)的重量和體積。3.2.3. 2025 年中國(guó)新能源汽車(chē) SiC 器件市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá) 60 億元零部件及整車(chē)企業(yè)紛紛布局 SiC 器件2018 年，特斯拉 Model 3 成為全球首個(gè)將 SiC MOSFET 器件應(yīng)用于主驅(qū)動(dòng)逆變器的車(chē)型； 2019 年，華為旗下哈勃投資入股第三代半導(dǎo)體材料碳化硅制造商山東天岳；2020 年，意法 半導(dǎo)體推出從 SiC 功率器件到逆變器系統(tǒng)的完整解決方案；2020

36、 年，比亞迪漢 EV 搭載其自 主研發(fā)、制造的 SiC MOSFET，使其零百加速達(dá) 3.9s。2021 年 4 月，比亞迪 e 平臺(tái) 3.0 將 搭載全新一代 SiC 電控系統(tǒng)，功率密度提升 30%，最高效率 99.7%。據(jù)比亞迪官網(wǎng)，預(yù)計(jì) 到 2023 年，比亞迪將在旗下的電動(dòng)車(chē)中，實(shí)現(xiàn) SiC 基車(chē)用功率半導(dǎo)體對(duì)硅基 IGBT 的全面 替代。SiC 價(jià)格逐年下降，性?xún)r(jià)比拐點(diǎn)有望于 2022-2023 年到來(lái)從 SiC 模塊價(jià)格上看，據(jù) CASA Research，2019 年 1200V 的 SiC 器件為 Si 基器件的 5-6 倍。隨著產(chǎn)能擴(kuò)張攤薄固定成本、技術(shù)進(jìn)步提高良率、拉速及有

37、效長(zhǎng)度，預(yù)計(jì)其成本將繼續(xù) 快速下降，其性?xún)r(jià)比拐點(diǎn)有望在 2022-2023 年到來(lái)；從高壓部件成本上看，SiC 可以提高 3%-5%的逆變器效率，開(kāi)關(guān)損耗可降低 80%，并降低電池容量、尺寸及成本，而由于 SiC 的熱性能，制造商還可以降低冷卻動(dòng)力總成部件的成本，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的重量和成本產(chǎn)生積極 的影響。據(jù)科銳（Cree）預(yù)測(cè)，電動(dòng)汽車(chē)上的 SiC 逆變器能通過(guò)增加 5%-10%的續(xù)航節(jié)省 400-800 美元的電池成本（80kWh 電池，102 美元/kWh），與新增 200 美元的 SiC 器件成本 抵消后，能夠?qū)崿F(xiàn)至少 200 美元的單車(chē)成本下降；從整車(chē)成本看，當(dāng) SiC 模塊成本下降至當(dāng)

38、 前 Si-IGBT 成本的 2 倍時(shí)，應(yīng)用 SiC 器件的整車(chē)成本應(yīng)不高于搭載 Si-IGBT 的整車(chē)成本。2025 年國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē) SiC 市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá) 60 億元功率半導(dǎo)體市場(chǎng)上，Si基技術(shù)仍將在未來(lái)一段時(shí)間占主導(dǎo)地位，而SiC將會(huì)有很大的增長(zhǎng)點(diǎn)。 受益于高電壓平臺(tái)車(chē)型的普及，新能源汽車(chē)中 SiC 功率器件的市場(chǎng)規(guī)模將大幅增長(zhǎng)。我們預(yù) 計(jì) 2021-2025 年國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē) SiC 功率器件市場(chǎng)空間約為 7/13/19/33/60 億元，2022-2025 年同比增速約為85.04%/52.14%/69.51%/81.67%。核心假設(shè)：國(guó)內(nèi)高電壓平臺(tái)車(chē)型銷(xiāo)量：2021 年，國(guó)內(nèi)量產(chǎn)

39、的高電壓平臺(tái)車(chē)型包括極氪 001、比亞迪漢 EV、北汽極狐阿爾法 S Hi 版等，我們預(yù)計(jì)全年銷(xiāo)量有望達(dá)到 7 萬(wàn)輛。據(jù)工信部規(guī)劃，2025 年新能源汽車(chē)新車(chē)銷(xiāo)量占總銷(xiāo)量的 20%左右，預(yù)計(jì)銷(xiāo)量有望達(dá) 500 萬(wàn)輛，我們假設(shè)其中的 300 萬(wàn)輛將搭載 800V 以上高電壓平臺(tái)。2021-2025 年，我們預(yù)計(jì)國(guó)內(nèi)高電壓平臺(tái)車(chē)型銷(xiāo)量 約為 7/31/73/148/300 萬(wàn)輛，2022-2025 年同比增速約為335.4%/137.7%/101.8%/102.3%。國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē) SiC 功率器件單車(chē)價(jià)值量：我們保守估計(jì) 2025 年 SiC 功率器件單車(chē)價(jià)值量 將下降至 2000 元左右。3.

40、2.4. SiC 功率器件產(chǎn)業(yè)鏈較長(zhǎng)，中國(guó)企業(yè)加速布局碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈包括襯底、外延、器件及應(yīng)用以碳化硅材料為襯底的產(chǎn)業(yè)鏈主要包括碳化硅襯底材料的制備、外延層的生長(zhǎng)、器件制造以 及下游應(yīng)用市場(chǎng)。具體從各環(huán)節(jié)來(lái)看：（1） 襯底環(huán)節(jié)：備制 SiC 襯底的過(guò)程較為復(fù)雜，主要是在 2200以上的高溫環(huán)境下把硅 粉和碳粉混合、升華、分解成氣相物質(zhì)，再在籽晶上進(jìn)行冷凝形成約 3-4cm 的碳化 硅晶碇，通過(guò)對(duì)晶錠進(jìn)行切割、打磨、拋光，最終形成 SiC 單晶襯底；（2） 外延環(huán)節(jié)：導(dǎo)電型碳化硅襯底主要應(yīng)用于制造功率器件。與傳統(tǒng)硅功率器件制作工藝 不同，碳化硅功率器件不能直接制作在碳化硅襯底上，需在導(dǎo)電型襯底上生

41、長(zhǎng)碳化硅 外延層得到碳化硅外延片，并在外延層上制造各類(lèi)功率器件。（3） 器件和下游應(yīng)用市場(chǎng)：功率器件又被稱(chēng)為電力電子器件，是構(gòu)成電力電子變換裝臵 的核心器件。功率器件主要包括功率二極管、功率三極管、晶閘管、MOSFET、IGBT 等，主要應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)、充電樁、光伏新能源、軌道交通和智能電網(wǎng)等領(lǐng)域。碳化硅行業(yè)內(nèi)企業(yè)具有兩類(lèi)運(yùn)營(yíng)模式在碳化硅行業(yè)中，企業(yè)的運(yùn)營(yíng)模式主要可分為兩類(lèi)：第一類(lèi)是覆蓋較全的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，如同 時(shí)從事碳化硅襯底、外延及器件的制作，包括科銳（Cree）、羅姆（Rohm）等；第二類(lèi)是只 從事產(chǎn)業(yè)鏈的單個(gè)或者部分環(huán)節(jié)，包括貳陸公司、天科合達(dá)等?？其J公司成立于 1987 年，旗下子公司 Wolfspeed 從事碳化硅、氮化鎵等寬禁帶半導(dǎo)體襯底、 功率器件、射頻器件等產(chǎn)品的技術(shù)研究與生產(chǎn)制