作者：兴业证券；来源：未来智库
1、高压快充或是下一阶段较优补能方案
2、车企密集布局 800V，2022 年有望成为高压快充量产元年
3、800V 高压快充驱动整车电气系统性能与安全全面升级
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新能源汽车高压快充行业报告1.1、快充本质是提升充电端功率和电池充放电倍率
直流快充：解决续航焦虑，拓宽电动车使用场景 直流快充充电时间相较交流慢充明显缩短，将短途城市使用场景拓宽至长途旅行 场景。目前电动车主要有两种充电方式，直流快充和交流慢充。交流慢充对应在 家或者小区停车场的充电场景，充电功率较小从几千瓦到几十千瓦不等，通常需 要 8-10 小时充满电，交流慢充直接使用电网的交流电，通过车载充电器 OBC 将 交流电转换成直流电供给电动车电池；直流快充则一般对应高速公路上/长途旅程 中的充电补能场景，功率达到上百千瓦，仅需 1-2 小时充满电，直流充电桩内部 通过整流器将电网的交流电转换成直流电直接给车载电池充电。近几年随着全球 新能源汽车加速渗透，多家企业布局超级快充技术，快充的峰值功率能达到350kW 甚至 480kW，超级快充时间有望能够降低到 30 分钟以下，未来或将进一步压缩 到 15 分钟甚至十分钟以下。 直流快充本质是把大功率 AC/DC 转移到快充充电桩。交流慢充主要依靠家用交 流充电桩充电，直接使用电网 220V 交流电，电动车通过车载充电器 OBC 内部的 AC/DC 转换器将电网的交流电转换为直流电供给动力电池，由于充电功率较低， 车载 OBC 内置 AC/DC 转换器功率一般较低，成本较低；直流充电桩与交流充电 桩最大的区别是将 AC/DC 转换器移置到充电桩中，将电网的交流电在其内部转 换成大功率的直流电提供给车载动力电池，需要大功率 AC/DC 转换器，其体积和 成本同时上升，边际效益递减。 提升快充速度：需同时提升充电端功率和电池充放电倍率 充电有效功率为充电端功率和电池端充电功率中较小值。提升快充速度需同时提 升充电端功率和提升电池充放电倍率。充电功率（公式 P = UI）通过增大电压或增大电流实现提升。功率等于电压与电 流的乘积，即 1W = 1V*1A，提升充电功率可通过提升电压或电流实现。特斯拉 是高电流路线的典型代表，超充桩充电电压为 400V，2022 年其第四代超充桩电 流将达到 900A，充电峰值功率将达到 350kW；保时捷 Taycan(图片|配置|询价) 为首款布局 800V 高压平台车型，作为高电压路线典型代表，其充电峰值功率已达 350kW。 充放电倍率 Charge Rate（又叫 C 倍率）大小对应动力电池充放电速度快慢，其 提升对动力电池整体性能有较高要求。C 代表电池总容量（Capacity），xC 表示一 小时充电时间能够充满 x 倍电池总电量，倍率值 x 越大充满电时间越短。充电倍 率提升，依赖于相关技术包括电芯材料、电芯内部结构、模组设计方案、电池包 设计方案 CTP（Cell to Pack）以及电池管理系统 BMS 等不断突破。目前国内主流 电池企业正推进动力电池充放电倍率从 1-2C 提升至 4C，市面上已有搭载 3C 充 电倍率电池的车型，宁德时代发布新款麒麟 CTP3.0 电池将充电倍率提升至 4C。随着倍率提升到 4C 以上，倍率提升边际效益越来越低。 1.2、快充方案或优于换电和大容量电池 类比手机补能发展历程，快充或将成为电动车补能主流解决方案。随着手机智能 化程度提升，手机用电量迅速增加，快充成为智能手机解决续航焦虑的主流方案；电动车续航焦虑影响电动车使用场景，目前换电、大容量电池、快充方案都是为 实现电动车更便捷的补能，从而提升电动车消费需求。对比三种方案，快充或为 较优补能方案。 方案 1.换电：需要实现一定程度电池标准化，大规模推广面临挑战。手机在诺基 亚年代，补能多采用更换电池的方式。对应到电动汽车，蔚来首先在中国建立起 约 700 座换电站，为客户提供 3-5 分钟内更换汽车电池的服务。换电方案需要动 力电池实现一定程度的标准化，便于更换使用以及大规模推广。考虑当前电池技 术更新迭代较快、各车企动力电池差异化程度较高、电池成本相对较高、建设换 电站资产投入较大等因素，换电方案推广或将面临较大挑战。 方案 2.大容量电池进一步提升容量，技术和成本面临巨大挑战。手机进入智能机 时代，耗电速度加快，提升手机续航时间对于消费者体验至关重要。iPhone 6 到 iPhone 13，电池容量从 1810mAh 提升到 3227mAh，到 5G 时代多款手机已将电池 提升至 5000mAh，如华为畅享 20，但做大容量电池需牺牲手机轻薄度，且增加重 量影响手感。电动车上一阶段解决里程焦虑也是通过提升动力电池容量，但随着 电池容量增大，边际效益越来越低，考虑技术边际提升难度，成本快速上升。燃 油车解决续航问题也并非依靠增大油箱体积，而是便捷的加油补能方式。 方案 3.快充或成为下一阶段电动车补能较优解决方案。手机以 iPhone 为例，其 5V1A/5W 充电功率持续近 10 年，到 2017 年首次支持 PD 快充，充电功率提升到 18W，2021 年 iPhone 13 Pro Max 充电功率达到 20W，充电 50%电量用时约 35 分 钟。
1.3、高压有望成为快充主流路线 高电压模式相较高电流模式，具有高效充电区间更大、充电功率天花板较高、技 术难度更低等优势，有望成为现阶段快充主流路线。基于高电压的快充能够实现 在更大区间 SOC 保持较高的充电功率；具备相同峰值充电功率的高电流模式，高 效充电 SOC 区间较小，其他区间充电功率下降迅速。特斯拉采取 400V 高电流路 线，第四代快充电流将提升至 900A 左右，电路中大电流会产生很高的热损失（根 据发热量公式 Q=I^2*R*t），包括连接器、电缆、电池的连接、母线排等电阻发热 量呈平方级别增长，导致峰值充电功率虽然高，但平均功率不高，充电功率天花 板相对高压路线更低。 高电压和高电流路线是在某一时间段内相对的概念，本质两种模式都是为了增大充电功率。特斯拉发展 400V 快充较早，在早期也算高电压路线，为了进一步提 高充电功率，采取保持电压平台不变增大电流的措施；800V 高压平台随着车企不 断迭代技术，应用的电流越来越大。相对 400V，800V 平台可采用更小的电流达 到相同的峰值充电功率。高电压成为主流路线指现阶段企业着重研发 400V 平台 升级到 800V 平台，而非一昧通过提升电流实现充电功率的提升。 800V 高压成为阶段性行业标准，未来将演进到 1000V-1500V。基于大功率充电研 究方向，全球快充标准正向标准化交融演进。超级充电标准 2021 年发布，中日 联合正统一亚洲快充标准，最大充电功率从 400kW（400A/1000V）和 250kW （250A/1000V）共同向 900kW（600A/1500V）演进，而欧美快充最大功率分别从 200kW（200A/1000V）、120kW（200A/600V）向 460kW（500A/920V）演进。保 时捷 2019 推出的 Taycan 车型首次搭载 800V 平台，由于提升电压等级涉及到全 车高压部件性能和电气系统安全性能升级，因此高电压平台向上演进、技术迭代 呈阶段性发展模式。2021 年华为称将于 2025 年推出电压平台超 1000V/600kW 快 充方案，5 分钟实现 30%-80%SOC 充电性能。
目前已量产基于完整 800V 架构车型代表为保时捷 Taycan 和现代起亚 Ioniq-5， 其他企业 800V 平台多为 400V 电池串并联过渡方案。完整 800V 方案指单个动力 电池包输入/输出 800V，而目前大多数企业采用两个 400V 电池串并联方式兼容 800V 和 400V（串联 800V 并联 400V），通过继电器切换灵活输出，以期快速布局 800V 平台。目前大多数充电桩仍然是 400V，800V 充电桩以及 800V 车载高压部 件产业链短期内还不完善，因此企业需要考虑两点：1.如何兼容 400V 充电桩和 800V 充电桩；2.如何兼容某些 400V 车载部件。以下为两种完整 800V 平台架构 方案的解释。 保时捷方案新增 DC/DC 转换器过渡到 800V：Taycan 部分高压件采用 800V 架构，比如电驱系统、动力电池、高压充电器、高压辅助加热等，通过新增 DC/DC 转换器兼容 400V 直流桩方案。Taycan 提供 3 种充电方式：交流慢充、 400V 直流快充、800V 直流快充。 现代起亚方案全面升级到 800V：Ioniq-5 所有部件均采用 800V 架构，包括其 交流压缩机、PTC、充电机、外部大功率充电器等部件都是基于 800V 系统， 通过电驱动系统升压兼容 400V 直流充电桩。Ioniq-5 提供 3 种充电方式：交 流慢充、400V 直流快充、800V 直流快充。 2.1、400V 路线：特斯拉为 400V 大电流路线代表，合资品牌快速跟进 特斯拉为 400V 大电流路线代表，引领早期快充发展。特斯拉早在 2012 年推出超 充 V1，快充功率仅能达到 100kW，到 2022 年特斯拉的超充发展到第四代 V4，通 过不断提升电流到 900A，快充功率峰值能够达到 350kW，可供特斯拉全部车型使 用。宝马的 I-Next 和 I4 车型在 2021 年实现了 200kW 功率快充，奔驰的 EQS 车 型在 2021 年达到约 200kW 功率充电。相较新势力特斯拉和欧洲传统车企，美国 和日本传统车企较为落后，丰田于 2022 年推出首款纯电车型 bZ4X 快充功率为 150W；本田和福特携手，将通过福特 Ultium 平台推出 400V/200kW 快充适用于 大多车型。 2.2、800V 路线：海外品牌加速布局，国内自主快速跟进 海外主流车企、国内传统自主品牌以及新势力纷纷加速布局800V高压平台， 2022 年更多 800V 车型将陆续上市，或成为高压快充元年。海外以保时捷 2019 年投产的 Taycan 为代表的，充电功率达到 280kW，保时捷与奥迪联合开发的 PPE 平台将在 2022 年达成 300kW 的峰值充电功率；韩国的现代起亚 Ioniq-5 一步到位从 400V 转型到 800V，在 2021 年达到 220kW 的充电功率，第二代 产品将在 2023 年达到 260kW；奔驰和宝马都从 400V 路线转型，奔驰的 MMA 800V 平台预计 2024 年投入使用，宝马的 NK1 800V 平台预计 2025 年投入使 用；沃尔沃 SPA2 800V 平台有望在 2024 年之前推出相关车型；本田和通用 合作，基于通用 Ultium 平台，预计于 2024 年之后推出 800V/350kW 电动皮 卡车型；美国新势力 Lucid 或于 2022 年推出豪华纯电轿车 Lucid Air 基于 900V 平台（750V-1000V 归属于 800V 概念），充电功率达 350kW。 自主传统车企中，比亚迪 E 平台 3.0 800V 于 2021 年正式发布，基于此平台 的概念车 Ocean-X 有望于今年发布；吉利浩瀚 SEA 800V 架构于 2021 年推 出；广汽 AION-V（1000V 的高压快充）和长城的机甲龙则能够提供 480kW 功率的快充；东风岚图正在研发 800V/360kW 平台。国内新势力中，华为提出了 2023 年推出 1000V 400kW、2025 年推出 1000V 600kW 的目标，2021 年与北汽合作推出极狐阿尔法 S，充电功率达 250kW， 2022 年与长安和宁德时代合作推出阿维塔 11，充电功率达 230kW，电压为 750V（750V-1000V 归属于 800V 概念）；小鹏 2022 年推出 G9 的充电功率达 到 480kW；蔚来在 NIOPowerDay2022 上宣布即将陆续发布 500kW 液冷超充 桩，以及 800V 高压平台电池包，并面向全行业开放；理想预计于 2023 年之 后推出一款 C 级 SUV，充电功率达到 400kW；零跑目前正在研发 800V 平 台，预计于 2024 年 Q4 推出。
3.1、核心部件影响：高压系统零部件性能与安全性升级 高压快充导致整车高功率密度提升，运转负荷更大，整车高压系统零部件在性能 和安全方面需要升级。除了动力电池电芯材料和设计升级，整车高压部分电气系 统零部件需一并升级，主要体现在三个大的方面。一是全车热管理系统的总功率 提升、复杂度提高；二是针对电气系统的高负荷系统性升级，相关功率器件需要 降低损耗提高效率，其中最明显趋势是，大三电小三电中 SiC 基功率器件替换 Si 基功率器件（重点为电控逆变器中 SiC MOSFET 替代 Si IGBT）；三是为保障高 负荷下汽车的安全性能，相关的器件比如数字隔离芯片、薄膜电容、连接器、熔 断器、继电器等在数量和性能都有提升需求。三个方面的升级相互关联，具有“连锁”反应。比如 Si 基 IGBT 替换成 SiC 基 MOSFET，工作的功率和频率提升，对应的隔离驱动需要一并升级，而薄膜电容 的数量需要提升，才能达到电气系统相关安全性的要求。 电池包和电芯在快充下的趋势和路线：高压快充下电池包中电芯模组间铜排有变粗的趋势，模组间距更大，一定程度降 低电池包能量密度。铜排应用于电池包中串联各个模组起连接导电的作用，铜排 具有高电流和高电压负载，因此在高压快充下，导线越粗、电阻越小、热损耗越 小，增强导线的过载能力，同时不容易过热能提升安全性。相等截面积的铜排载 流量高于铝排，应用于高压平台，相比铝排可以节省空间。高压快充下电芯充放 电倍率提升，充放电循环过程中产生的膨胀力更大，过度的膨胀会导致电芯性能 变差和寿命衰减，甚至破坏模组结构框架，电芯模组间需要预留更大的空间，才 能保证动力电池的安全。 高压快充下电芯充放电倍率提升，三元锂电池具有高能量密度高的优势，磷酸铁 锂电池具有安全性高的优势。电芯材料目前主要有两大阵营，磷酸铁锂电池与三元锂电池，两种材料应用于快充各有优势，其中三元锂电池最大的优势是能量密 度远大于磷酸铁锂电池，但磷酸铁锂电池具有过充放性能强和较好的安全性能；不同的车企车型采用的电芯材料不同，对应的电芯设计以及电池包 CTP（cell to pack）设计方案各有差异。但这些差异最终都是为了达到相同的目标，即提升能 量密度、降低成本、提升安全性能、以及提升过充放性能等。比如比亚迪刀片电 池虽然以磷酸铁锂为材料，但通过 CTP 环节的创新“刀片式”设计提升空间利用 率，能够弥补电芯本身能量密度相较三元电芯低的缺点。基于不同的材料原材料 以及供应体系，动力电池目前主要有两条路线：1.方形电池搭配磷酸铁锂的性价 比路线；2.圆柱电池搭配三元锂的高能量密度路线。总体来讲，方形电池搭配磷 酸铁锂虽然材料成本低于三元锂电池，但需要在 CTP 环节增加成本优化性能，才 能更好应用于高压快充场景。 相比高电压，电芯在高电流路线下改变更大。高电流下电芯快充，发热总量增加 且发热不均匀，电池温度上升；同时负极由于电流过大，更容易发生析锂反应， 大幅降低电池过热临界温度，使得热失控更容易发生。电池温度提升和临界温度 降低同时发生，导致热失控发生的概率增加。目前解决方案是通过改进负极材料：1.对原有负极石墨材料实施新型软碳/硬碳包覆改性；2.替换为硅碳负极。相对而 言，高电压路线对电芯改变的需求较小。 3.2、热管理水冷板及膨胀阀等部件升级迭代 3.2.1、快充下水冷板配合电芯的设计成为电池热管理重点 高压快充下架构改变：水冷板制冷/制热功率提升 高倍率电池温升更高更快，而动力电池高效工作温度区间较窄，更高效的电池热 管理是维持电池性能和安全的关键，水冷板制冷/制热功率相应提升。20-35℃是动 力电池的高效工作温度区间，温度过低（＜0℃）导致电池充放电功率性能下降， 缩短续航里程；温度过高会产生电池热失控风险，威胁整车安全。电池内部温度 和电池模块间温度均匀性影响电池使用性能和循环寿命，因此电池热管理系统通 常需要复杂、精细的冷却回路，维持电芯温度一致性。对于普通电动车，水冷板通常设计于动力电池底部，随着充放电功率升高，需要的散热量增多，因此需要 增加水冷板与电芯的接触面积，同时保证电池包整体高集成度。 水冷板用量面积增加、结构配合电芯的设计有创新。对比需要高散热量车型电池 （特斯拉 4680 电池）水冷板的设计，未来 800V 高压快充水冷板趋势是 1.高压快 充方案增加立式水冷版结构置于电芯组之间，甚至在电池顶部也增加水冷板；2. 夹层立式的水冷板参与到了电芯组件中，不同的企业针对其电池组内部的结构设 计，对水冷板进行不同的集成化设计，使其具备多功能特性。现代 Ioniq 和保时捷 Taycan 虽然为 800V 平台，但相比特斯拉 400V 平台，水冷板使用量和设计相对保 守，原因是特斯拉第四代超充电流峰值将达到 900A，散热需求更大。随着 800V 平台发展，充电功率提升，散热量有增加趋势。麒麟新发布的 CTP3.0 电池倍率达 到 4C，未来将应用于高压方案，其水冷板设计方案符合高散热性能趋势。 3.2.2、大口径高精度电子膨胀阀有望成为行业技术趋势 高压快充下架构改变：电子膨胀阀流量流速控制范围提升 高压快充下热管理制冷/制热功率上升，电子膨胀阀对冷媒流量流速控制的范围需 提升，同时需要保证高精确度。需求来源于：1.低温下快充性能以及电池储能性能 大打折扣，需要通过冷媒产生更多制热量保证核心部件的工作效率；2.高压快充 下温升较快，散热量需求增大，需要通过冷媒的制冷量和制冷速度增加；3.动力电 池高效工作的温度区间较窄，需要精确控制制冷/制热量。 电子膨胀阀需要更大的口径满足大流量流速范围的控制。根据 Carel 产品技 术文档，电子膨胀阀的尺寸必须根据其所服务的蒸发器的制冷量来确定。阀 门尺寸过小，过热度通常会高于设定值（小口径不耐高压）。阀门尺寸大，耐 高压性能增强，但精确控流性能（尤其对小流量控制）下降，容易出现系统 “失稳”的问题，即在温度、压力和过热方面可能出现大范围变化，还可能 会造成制冷剂回流至压缩机。当快充下制冷/制热量变大，电子膨胀阀控流的 流量流速范围变大，在不增加阀个数的前提下，大口径可以满足更大范围的 控流，但大口径容易造成精确度降低。 高精度来源于电子膨胀阀系统化设计能力。大口径电子膨胀阀的难度不在于 口径本身，而在于增大阀口径的同时保证高控制精确度。电子膨胀阀相比传 统燃油车使用的热力膨胀阀的一大优势在于能够通过控制器精确控温。电子 膨胀阀连接传感器实时监测温度和压差，通过控制器芯片设置，反馈到电子 膨胀阀电机控制口径动作，使用控制算法实时计算阀制动器的位置并控制驱 动器带动内部步进电机一起动作，达到节流的目的。提高精度可以通过提升 传感器和控制器系统化设计，包括传感器本身灵敏度以及控制器芯片算法等；还能通过对阀口径的创新设计达到更高的灵敏度。 大口径针型阀可以提高控流精确度。针阀和球阀为电子膨胀阀采用的两种类 型阀门，针型阀的阀芯是一个尖的圆锥体，一般针型阀形比其他类型的阀门 受压能力更强，密封性更好，一般用于较高压力的气体或者液体介质的密封， 同时具备较高的控流精确度。相比较大口径针阀，球阀的劣势是 1.流量控制 精度偏差大；2.是齿轮零件组合多，产品难做到一致性；3.球阀寿命相对短于针阀。但球阀相对其他种类阀门具有节流迅速、流体阻力小、结构简单、稳 定可靠、适用范围广等优势，因此也广泛应用于膨胀阀中。 电子膨胀阀功能有集成趋势，使制冷剂回路更加简单。大口径电子膨胀在大 开度时可以控制大流量，小开度时能满足小流量精度调节，同时具备双向截 流截止功能，集电子膨胀阀、电磁阀、单向阀于一体，可以替换在制冷回路 换向热泵中的两个传统膨胀阀，使制冷剂回路更加简单，集成度更高。 行业竞争情况：电子膨胀阀行业技术门槛较高，相比截止阀、四通阀、热力膨胀阀等传统阀件市 场集中度较高。电子膨胀阀研发技术门指标要求高，如泄漏量、最大动作压差、 液压强度、流量调节覆盖范围广、低噪音、小体积、耐杂质、高寿命等指标，并 且需要厂商具备系统的设计能力。2020 年前三大品牌汽车电子膨胀阀市占率高达 93%，外资为不二工机，国产品牌为三花智控和盾安环境。 不二工机成立于 1949 年，以膨胀阀起家，为日本制冷部件龙头。不二工机制 冷和空调系统部件产品温度自动膨胀阀、截止阀、排水泵、电子控制膨胀阀、 电磁阀等，涉及汽车、商用电器、家用电器等行业。1994 年与三花成立合资 企业“三花不二工机”。 三花智控在电子膨胀阀行业深耕，产品规格种类最全，应用最广。三花前身 为制冷配件企业，1984 年成立，成长为全球领先空调制冷零部件供应商。三 花凭借冷媒阀件产品进入汽车行业较早，汽车零部件业务占比逐步提升，2021 年占比约 30%，热管理产品合作知名车企客户特斯拉、通用、宝马、沃尔沃、 蔚来、比亚迪等。 盾安环境具有 20 年电子膨胀阀研发经验，技术领先，大口径电子膨胀阀进入 量产阶段。盾安与三花在家用空调阀件领域占据垄断优势，借助阀件技术先 发优势进入新能源汽车冷媒阀件行业，目前盾安量产的电子膨胀阀在静音化、 小型化、可靠性、高能效等方面领先行业。 3.3、SiC 加速替换 Si 应用于功率器件，价量提升 高压快充下架构改变：SIC 替代 IGBT SiC MOSFET 应用于逆变器，相较于 Si IGBT 具有耐高压高温、小体积、高频、 低损耗等优势，适用于高压快充平台，提升功率转换效率。通常说的 IGBT 默认 是 Si 材料的，是逆变器的核心功率器件，本质是一个功率开关，通过输入一个小 功率的控制信号，便可输出或者断开高功率的电流，从而将高功率直流电转换成 高功率交流电供电机使用。IGBT 从 BJT 和 MOSFET 演化而来，具有两者的优点， 抗高电压高电流，相比后两者更加适用于汽车的高功率。但 IGBT 也不是没有缺 点，作为双极型器件，相比 MOSFET 单极器件关断时存在拖尾电流，关断损耗大， Si IGBT 能够承受 600V 左右的高压，无法满足高压平台加速升级到 800V 甚至 1000V 以上的趋势。SiC 方案是将 Si MOSFET 升级为 SiC 材料，SiC 则是近年来 兴起的第三代半导体材料，它是一种宽禁带半导体材料，可以做到很高的耐压下 芯片还很薄，能够承受 800V 及以上更高的电压。相比 Si IGBT 其导通电阻、开关 损耗大幅降低，在高功率高频率工作状态下能够提高能源转换效率。 SiC 替换 Si 应用于电动车主要涉及到电驱的逆变器、DC/DC 转换器、车载充电 器 OBC、以及充电桩。最重要的增量来源于逆变器和充电桩。据 Wolfspeed 预测， 到 2026 年电机驱动逆变器仍然占据新能源汽车 SiC 器件市场的主要份额。逆变器 使用 SiC MOSFET 数量远超其他部件如 OBC 和 DC/DC，并且电机驱动逆变器的 SiC 替代趋势更为明显和领先。SiC 应用于小三电和充电桩，核心和重要程度相对 低于电控逆变器，整车厂有更大动力外采，将给国内第三方厂商带来更多的机会。SiC 应用于高压转低压的 DC/DC 转换器，以及新增 400V 升压 800V 的 DC/DC 转 换器，可以降低功率损耗并且减小转换器体积；SiC 应用于 OBC 和充电桩，尤其 是高功率负荷下的充电桩，同样可以提升效率降低损耗减小体积，历经初期研发 成本升高后，使用 SiC 的物料成本低于 Si（Wolfspeed）。这些部件相对于电控的 核心程度较低，车企更有动力外采，能满足车企高压需求的第三方企业将更具备 竞争优势。
OBC 充电功率也有提升的趋势，从 3.3kW 提升到 22kW。SiC 应用于 OBC， 损耗功率更少，通过 OBC 充电速度更快，考虑到降低损耗和提升效率，未 来能从整体上降低 OBC 成本，减小体积减轻重量。根据 Wolfspeed，将 SiC 应用于 22kW 双向 OBC 替换 Si，SiC 系统在 3 kW/L 的功率密度下可实现 97% 的峰值系统效率，而 Si OBC 仅可在 2 kW/L 的功率密度下实现 95% 的效率，开关频率提高一倍以上。并且 Si 功率器件需要使用 24 个，而换成 SiC 则只需要 14 个，并且 SiC 器件的性能可减少所需其他元件的数量，虽然 单个 SiC 器件成本更高，但整体成本降低。 高功率快充桩中碳化硅器件渗透率较低，未来增长空间广阔。SiC MOSFET 和二极管产品具有耐高温高压、高频率的优势，应用于充电桩相比 Si 基器件 可以将充电桩效率提升至 97%，减少损耗达 50%，并且能增强充电装的稳定 性。短期由于 SiC 产能限制，价格较高，但随着产能提升，价格逐步降低， 并且应用 SiC 能够简化直流充电桩的电路结构，减少元器件使用数量，降低 热管理成本，综合来看，应用 SiC 能在未来为快充桩的建设提供成本优势。 行业竞争情况：整车厂对于 SiC 应用于逆变器有更强的自研倾向。2018 年，特斯拉的 Model 3 首次应用 SiC 功率器件（来自意法半导体）替换逆变器的 IGBT 模块，逆变 器总共集成 48 颗 SiC MOSFET，在相同功率等级下，碳化硅模块的封装尺寸 明显小于硅模块，开关损耗降低 75％，系统效率提高 5％左右。由于 SiC 目 前面临巨大的产能缺口，价格高昂，比亚迪自研 SiC 并于 2021 年开始建设年 产能 24 万片的 SiC 晶圆生产线，目前比亚迪汉已经成功搭载了自主研发的 SiC MOSFET 控制模块。 汽车行业 SiC 功率器件市场未来五年年复合增长预测将接近 40%，全球市场 2027 年将达到约 50 亿美元。据 Yole 预测，SiC 功率器件的市场空间将从 2021 年的 11 亿美元上涨至 2027 年达到 63 亿美元，年复合增长率达到 34%，主要 的增长驱动来自汽车行业；其中应用于汽车的 SiC 功率器件将从 2021 年 7 亿 美元上涨至 2027 年达到 50 亿美元，年复合增长率达到 39%。在 顶尖的碳化硅设备制造商中，意法半导体和 Wolfspeed 2021 年 SiC 收入年增 长超过 50%，与全球 SiC 设备市场 57%的增长保持一致。英飞凌 SiC 进入逆 变器业务，实现了 126%的增长。ROHM 推出了基于碳化硅的充电基础设施 解决方案，安森美也在开发用于直流充电桩的碳化硅功率器件和模块以提高 充电效率。
国内第三方厂商布局 SiC 功率器件类产品如电控逆变器、OBC、DC/DC 等 欣锐科技提供新能源汽车 SiC 电源解决方案。公司主要提供车载电源 OBC、DC/DC 转换器等二合一或三合一产品，是全球最早进行碳化硅电 源产品研发生产企业之一，在 6.6kW 及以上 OBC 产品中，SiC 功率器 件已充分应用。公司大功率 11kW OBC 产品已经量产，可兼容全球充电 标准，为公司进入全球市场提供竞争优势，大功率 OBC 电源集成产品处 于研发阶段。公司产目前客户包括比亚迪、大众、东风本田、广汽本田、 现代、小鹏汽车、长城汽车、江淮汽车、北汽新能源、吉利汽车等知名 车企。公司凭借软硬件结合、大功率碳化硅、集成一体化等技术优势，新能源 电源类产品份额将进一步提升。据 NE 时代新能源，2021 年公司 OBC 装 机量共 20.7 万台，市场份额约 7.2%排第六，2022 年 4 月市场份额排名 第上升至第五。 英搏尔、精进电动、汇川科技专注电驱系统配套解决方案，纷纷布局 SiC 功率器件。英搏尔自研能力强，凭借 SiC 单管并联技术，实现大功率和 高集成度，体积小重量轻，便于混动车型整车的装配、节省空间，生产 效率高，性能稳定。根据公司公告，第四代 SiC 集成芯动力总成正在顺 利研发中，并推进平台化建设，积极拓展 180kW 级别的三合一产品。公 司 SiC 电控已经被美国福特、一汽大众采用。精进电动核心产品为新能源汽车电驱动系统，定位于中高端电驱动市场， 2021 年电驱动收入占公司总营收的 80%。2020 年公司第三代半导体高 功率 SiC 控制器获得大众商用车 Traton SiC 控制器的定点，预计于 2024 年初量产。公司专注于电驱动系统市场，在该领域具备技术、制造等竞争优势，是国内唯一能同时在 Si 控制器和 SiC 控制器领域，实现全球四 大整车集团量产配套的企业。汇川目前在其汽车电控产品上部分使用 SiC，在碳化硅衬底、器件设计、 晶圆制造等方面均有投资。 均胜电子推出多合一 SiC 功率电子部件迎战 800V 高压。公司为汽车安 全与电子领域龙头企业，业务涵盖智能座舱、智能驾驶、新能源管理和 汽车安全系统等领域。在高压快充技术趋势下，均胜普瑞量产适用于 800V 高压平台的多功能 DC/DC 转换器、充电升压模块、OBC 等功率部 件和电源部件，以及这些部件三合一集成化产品。三合一集成产品采用 SiC 功率器件，将降低产品本身能量损耗，使能量更多地用于动力输出， 继而提高车辆的动力性和续航里程。目前公司的 800V 高压平台“超快 充”技术已于欧洲市场规模化量产。
3.4、高压快充架构下整车安全性能系统性升级 3.4.1、高压连接器数量和质量随安全性能指标提升 高压快充下架构改变：高压连接器数量与质量有所提升 高压连接器的数量和质量相应有所提升，数量提升体现在新增的 DC/DC 转换器 以及快充桩中，质量的提升体现在，800V 相比 400V 需要满足相应热管理和 EMC 要求。高压连接器相对于低压连接器，是新能源汽车对于燃油车的增量，低压连 接器仍然保留，应用于低压回路。高压连接器主要应用于新能源汽车的高压大电 流回路，通过导线线缆将电池包的电能输送到整车系统的各部件，如电机控制器、 DC/DC 转换器、OBC 等部件。高速连接器主要应用于车内部信息传输，新能源车 更加强调电气设备，应用到的传感器和娱乐电子设备增加，高速连接器数量增加。连接器从 400V 到 800V 增量主要体现在高压连接器。 快充桩成为未来高压连接器技术难点，增量明显。车身内部高压连接器在未来几年，随着整车内部架构向集成化方向发展以及 符合要求的高压连接器大规模量产，车内高压接口趋于互换，用量提升有瓶 颈甚至下降，单车价值量有下降趋势。而随着快充桩功率提升，企业加速布 局建设，针对快充桩内部到外部充电枪接口，再到电池端的线路，高压连接 器有较大的技术变数，用量上增量明显。高压连接器兼容充电桩端到电池板端的液冷回路成为趋势，材料和设计需要 提升。当下市面上充电桩冷却主要分为两类：液冷和风冷。随着快充功率提 升，快充桩对于散热的性能要求提升，液冷在多个方面较风冷具有优势，电 缆相对更细，相比风冷能降低线缆重量 40%。目前在国内领先的特斯拉、小 鹏、蔚来三家超充品牌中，仅有特斯拉充电功率达到 250kW 应用了液冷超 充技术，液冷超充仍处于发展初期阶段未来发展潜力大。安波福北美的主动 液冷充电插座可以把冷却回路并到车身冷却回路里，高压连接器需要从桩端 到电池端兼容液冷回路。 根据 Cpcworldwide，适用于液冷方案的高压连接器需具备以下特性：1) 满足或超过流体兼容性、流量、压力和温度性能需求。2) 承受适用的环境操作条件，例如，与车辆蓄电池一起使用的连接器，承 受大范围的温度、潮湿、污垢/灰尘和振动。3) 避免泄漏-坚固的密封设计必须能够承受安装和使用压力（侧向载荷、弯 曲力、拉力），而不会影响密封，从而使昂贵和关键的部件暴露在流体中。特斯拉方案：Model Y 车型将快充车端的高压连接器从尼龙塑料材料换成了 铝合金，插片式的连接改成了圆柱的螺栓连接，能更好与液冷充电枪兼容。金属材料成本更高，但导热更好可搭载更大的短期电流，结构强度更好，屏 蔽、接地更方便；螺栓设计增加接触面积导热更好。总体来讲，有利于液冷 充电结构在车端连接器的延伸和升级。 3.4.2、隔离芯片，三电部件共性耐压绝缘的保障 高压快充下的架构改变：数字隔离芯片作为新能源汽车隔离器的主流，随着汽车平台电压提升，强弱电回 路复杂化，电气系统集成度提高，数字隔离芯片数量、性能以及集成度皆有较大 提升空间。 数字隔离芯片的作用和分类：隔离芯片也叫隔离器，能将输入信号进行转换 输出，同时具有对输入输出端进行电气隔离的功能。新能源汽车的电气系统 中涉及到的强电弱点回路本就复杂，随着汽车平台的高压化， 800V/400V/12V/48V 之间回路进一步复杂化，对于安全性的要求更高。电气 隔离能够避免电流从强电电路流到弱电电路造成设备损坏，同时还能阻断共 模、浪涌等信号干扰，让信号传播更具可靠性和安全性。数字隔离芯片是相对于光耦隔离芯片的一种技术路线，现已成为新能源汽车 隔离芯片的主流，相比传统光耦，数字隔离芯片尺寸更小、速度更快、功耗 更低、温度范围更广、具有更高的可靠性和更长的寿命。数字隔离芯片又分 为磁耦合和电容耦合，磁耦合一般是基于变压器，电容耦合基于电容。数字隔离芯片与不同的元器件结合，应用于电动车中不同的高瓦数功率电子 设备中，包括车载充电器（OBC）、电池管理系统（BMS）、DC/DC 转换器、 电机控制驱动逆变器、CAN/LIN 总线通讯以及充电桩等，实现隔离接口（数 字隔离器加上接口芯片）、隔离采样（数字隔离器加上运算放大器）、隔离驱 动（数字隔离器加上驱动芯片）等功能。 适用于电动车不同的功率设备中的隔离芯片数量有增多趋势。从 400V 升级到 800V，电动车内部不同级别的强电弱电回路增多，再考虑到新增的 DC/DC 转换 器（400V 升压到 800V），高功率充电桩数量增加，数字隔离芯片的数量显然有提 升的趋势。而功率设备本身的升级也会带动隔离芯片使用数量上升，比如 OBC 和 DC/DC 中，SiC 替换 IGBT 导致隔离驱动数量提升。 数字隔离芯片的隔离技术要求随着功率设备的功率提升而提升。驱动系统中的高 电压和噪声环境需要坚固、高性能的电流隔离，以确保安全可靠的运行。由于电 动汽车子系统的功率增加并且尺寸缩小，功率密度不断增加，热噪声和电噪声条 件的要求更加苛刻。与传统的光耦解决方案相比，数字隔离芯片在高压条件下已 具备明显的优势，当电压上到 600-800V 甚至 1000V 以上，隔离芯片需要更能够 承受强压否则容易漏电。基于对汽车安全的要求，数字隔离芯片的性能需要随着 平台电压的提升而提升。数字隔离芯片中隔离驱动开发难度最高，需要密切配合 IGBT 厂商做研发。涉及到高压场景，IGBT 升级为 SiC，隔离驱动需要一并研发 升级，因此隔离芯片厂商需要与 IGBT 厂商有较为密切的合作关系，或者自身具 备 IGBT 研发的能力。不同功能的数字隔离芯片有集成趋势。电动车内部的电气 子系统发展趋势是集成度更高、结构更简单、体积更小以及功率密度更大，所以 隔离芯片除了耐高压性能需要配合系统提升，集成度也是隔离芯片产品的一大发 展趋势，集成了接口、驱动、采样、传感等功能的隔离芯片更有竞争优势。 3.4.3、薄膜电容取代电解电容，需求量提升 高压快充下的架构改变：薄膜电容取代电解电容 高压架构下，薄膜电容需求量和性能提升。电容器在电子电路中起到储能、调谐、 铝箔、耦合、整流、隔直流电压等作用，而薄膜电容器是利用塑料薄膜为电介质 的电容器，相比其他电容具有无极性、耐高压、介质损失小、使用寿命长等优势， 成为新能源汽车的重要元件之一。逆变器中薄膜电容主要应用于高压电路部分， 起到 EMI（抗电磁干扰）和 DC-Link（直流支撑）作用，而逆变器中的铝电解电 容主要用于低压电路部分；OBC 和 DC/DC 转换器的薄膜电容主要起到 EMI、DCLink 作用。举例说明，逆变器将直流电转换成交流电时，直流输入逆变器电压电 流急剧上升，需要 DC-Link 功能的薄膜电容作为连接减少电路的电压过冲和瞬时 过电压影响。 3.4.4、高压直流继电器搭配智能熔断器提供安全冗余 高压快充下的架构改变：继电器与熔断器单车价值量提升 高压直流继电器区分管理不同的高压电回路，需求量和性能提升。高压直流继 电器是新能源车相对传统车继电器的增量。继电器在电路中起着切断、接通、转 换电路等作用，而高压直流继电器通过设计灭弧装置，对线圈、触点材料、散热 结构改良，具备耐高压、载流能力强、分断能力强、耐冲击电流、散热性好、抗 强电磁干扰等性能，适应新能源车的电气工况。高压快充下新能源汽车电流回路 更加复杂，需要多个继电器进行区分管理，以及未来快充桩的加速布局，将进 一步驱动其量的提升。800V 平台电压和功率更大，相较 400V 平台电弧效应严 重，高压直流继电器多方面性能需要改进，提升性能的核心技术主要在触点材 料、封装技术、灭弧、散热、腔体布局等方面。 高压直流继电器可通过改进封装方式、配合智能熔断器使用提升性能。 继电器陶瓷封装适用于高压平台车型主回路和快充回路。继电器陶瓷密封 相比其他密封方式，具备结构强度高、绝缘性好、密封性好、灭弧能力强、 耐老化、安全可靠性高等特点，但陶瓷密封涉及昂贵的陶瓷钎焊、激光焊、 自动自装设备等，前期产线投资规模较高。 智能熔断器 Pyrofuse 为配合继电器提供安全冗余，未来价值量有提升趋 势。Pyrofuse 作为新技术趋势由特斯拉首先研发应用，在电路中主要起到开 关作用，当发生碰撞、短路或其他安全故障时，Pyrofuse 可以在很短的时间 内切断电源，降低危险发生的概率。实现了从被动的熔断器防护，变成了主 动防护。但因用户经济性、不具备开关功能等问题，难以替代高压直流继电 器在新能源车的应用;但 Pyrofuse 可降低对高压直流继电器高性能的需求， 使低成本方案应用成为可能。 《2021-2026年中国新能源汽车市场调研投资前景报告》 《2021-2026年中国新能源物流车市场调研投资前景报告》 《2021-2026年电动工程机械市场调研及投资前景报告》 《2021-2026年电动卡车市场调研及投资前景报告》 《2021-2026年电动叉车市场调研及投资前景报告》 《2021-2026年新能源汽车动力电池及BMS市场及企业调研报告》 《2021-2026年全球及中国固态电池市场及企业调研报告》 《2021-2026年中国新能源汽车充电设施市场调研及投资前景报告》 《2021-2026年中国新能源汽车充电枪市场及企业调研报告》 《2021-2026年中国新能源汽车充电模块市场及企业调研报告》 《2021-2026年中国新能源汽车换电产业链调研及投资前景报告》 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