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800V高压平台给哪些行业带来了机遇和挑战？

电动新视界

1年前浏览484

一、400V升级到800V的益处

1.减少充电时间，解决补能焦虑问题，提高客户用车体验。

图1 东风岚图快充系统

图2 影响充电速度的因素和边界条件

图3 800V可兼容100kWh以下的车型4C快充

2.高压线束规格下降，用量减少，降本减重

在电压翻倍、充电功率增幅不翻倍的情形下，串联增加，高压线束电流变小。

图4 800V系统有效降低线束用量

3.SiC逆变器使得电源频率增加，电机转速增加，相同功率下转矩减小，体积减小

电机电压翻倍，相同功率下电流减半，因此铜线细（但匝数增加，因此用铜量未减小），电流密度小，转矩变小。
若需提升功率，额定电流仅需从400V电机额定电流的一半开始增加。

二、800V高电压平台难在哪里？

800V高电压平台面临多个难点，包括相关元器件的重新开发，电池模组安全性的提升以及半导体器件路线的改变。

原有的大部分元器件都要重新开发、设计，从而来匹配高电压平台。这对车企和供应商提出了新的要求。

图5 电气元器件需要重新设计

800V快充对现有电池构成挑战，4C以上充电倍率以及电压和电流的增大会极大的影响电池的稳定性。仍需在BMS和电池材料电导率上进一步改善。

图6 大倍率快充容易产生析锂

半导体器件方面，在500V电压平台上常用的是IGBT，而在800V电压平台上SiC的性价比优于IGBT。

图7 SiC价格高企

800V快充性能实现需要车桩两端同时具备800V能力，同时还要电网配合增容。

图8 充电桩配套建设

三、升级到800V平台哪些零部件和元器件需要升级？

图9 整车平台部件和元器件布置图

3.1 电控：800V下SiC性能优异，替代Si基功率半导体趋势明确

SiC基功率半导体相比Si基具备更高耐压等级和开关损耗，以Si-IGBT为例，450V下其耐压为650V，若汽车电气架构升级至800V，考虑开关电压开关过载等因素，对应功率半导体耐压等级需达1200V，而高电压下Si-IGBT的开关/导通损耗急剧升高，面临成本上升而能效下降的问题。

800V下SiC的耐压、开关频率、损耗表现优异，是800V趋势下最大受益元器件。

图10 800V下Si-IGBT开关/导通损耗急剧升高

图11 车/桩上功率半导体均有望从Si基转向SiC

电控：薄膜电容提升耐压等级，短期内单车价值提升

薄膜电容的作用是作为直流支撑电容器，从DC-link端吸收高脉冲电流，保护功率半导体。一般一个功率半导体配一个薄膜电容，新能源车上主要用于电机控制器、OBC上，若多电机车型，薄膜电容用量亦会随之增加。另外，在直流快充桩上亦需要一个薄膜电容。

目前薄膜电容ASP为200元，800V趋势下，薄膜电容的ASP需提升约20%。另外短期看，800V会在高端车率先应用，高端车一般采用多电驱配置，提升薄膜电容用量。

图12 特斯拉Model 3电控拆解图

图13 电机控制器电路示意图

3.2 电池：负极快充性能要求提升

动力电池快充性能的掣肘在于负极，一方面石墨材料的层状结构，导致锂离子只能从端面进入，导致离子传输路径长；另一方面石墨电极电位低，高倍率快充下石墨电极极化大，电位容易降到0V以下而析锂。

解决方法主要有两类：

石墨改性：表面包覆、混合无定型碳，无定型碳内部为高度无序的碳层结构，可以实现Li+的快速嵌入。
硅负极：理论容量高（4200mAh/g，远大于碳材料的372mAh/g），适合快充的本征原因是嵌锂电位高——析锂风险小——可以容忍更大的充电电流（Si:0.4V vs C:0.1V）。

图14 石墨表面包覆/混合无定型碳提升快充性能

图15 硅碳材料主要结构包括包覆型和嵌入型

3.3 电机：轴承防腐蚀、绝缘要求增加

轴电压的产生：电机控制器供电为变频电源，含有高次谐波分量，逆变器、定子绕组、机壳形成回路，产生感应电压，称为共模电压，在此回路上产生高频电流。由于电磁感应原理，电机轴两端形成感应电压，成为轴电压，一般来说无法避免。

转子、电机轴、轴承形成闭合回路，轴承滚珠与滚道内表面为点接触，若轴电压过高，容易击穿油膜后形成回路，轴电流出现导致轴承腐蚀。
800V的逆变器应用SiC，导致电压变化频率高，轴电流增大，轴承防腐蚀要求增加。
同时，由于电压/开关频率增加，800V电机内部的绝缘/EMC防护等级要求提升。

图16 800V应用SiC造成轴电流增加大而击穿油膜风险增加

图17 轴电流产生原理

3.4 高压直流继电器

需求具有高确定性，800V下产品性能要求提高，附加值提升：高压直流继电器作为自动控制开关元件，起到高压电路控制和安全保护作用，新能源车对高压直流继电器具有刚性需求；800V平台电压电流更高、电弧更严重，对高压直流继电器耐压等级、载流能力、灭弧、使用寿命等性能要求提高，产品需要在触点材料、灭弧技术等多方面改进，附加值提高。

预计单车价值量将提高40%，乘用车配置数量以4-5个为主，充电桩多为2个：目前A级车高压继电器单车价值量为800元左右，预计800V电压平台单车价值量将提升40%。数量配置取决于车型类别和电路设计，乘用车多采用主回路2只、快充回路1-2只、预充回路1只方案；商用车功率更高，配置约4-8只；直流充电桩常规配2只。

图18 新能源汽车中继电器应用示意图

图19 充电桩中继电器应用示意图

3.5 熔断器：激励熔断器渗透率提高

具备需求刚性，电路保护要求提高驱动激励熔断器、智能熔断器等产品创新，价值提升：熔断器是电路过电流保护器件，800V要求熔断器在绝缘、耐压等级等方面进行改进调整；新型激励熔断器通过接收控制信号激发保护动作，当前已逐步应用于新能源汽车，平均售价是传统电力熔断器3.6x；智能熔断器自动检测回路信号触发保护动作，尚处于开发应用前期。

预计单车价值量将提升约20%，激励熔断器渗透率提高：当前熔断器单车价值量约200-250元，800V平台下保守方案采用热熔丝和激励熔丝，激进方案只采用激励熔丝，随着激励熔断器市场渗透率的不断提升，预计单车价值量将达到250-300元。

图20 熔断器应用于新能源汽车保护示意图

图21 新能源汽车熔断器数量及价格

3.6 高压连接器：电流减小降规格，迎国产替代机遇

性能升级，优势厂商优势明显：作为新能源车高压电流回路的桥梁，升压对连接器的可靠性、体积和电气性能的要求增加，其在机械性能、电气性能、环境性能三方面均将持续提升。作为中高端产品，电动汽车高压连接器有较高的技术与工艺壁垒。传统燃油车的低压连接器被海外供应商垄断。电动车快速增长打开高压连接器新增量，技术变化要求快速响应，整车平台高压化将进一步提高行业壁垒，国产供应商迎来国产替代机遇。

数量增加，单车价值量有望提升：目前单辆电动车配置15-20个高压连接器，单价在 100-250 元之间，双电机或大功率驱动电机车型需求量更多。从400V增至800V后，高压连接器将重新选型，增加大功率快充接口及400V到800V的转化接口，带动高压连接器单车价值量上升。

图22 高压连接器在整车高压系统中的布局

图23 高压连接器迭代历程

3.7 OBC/DCDC：主动元件升级，短期内受益升压增量

高电压对功率器件提出更高要求，将驱动OBC/DCDC成本短期内攀升：为满足800v高电压平台在体积、轻量、耐压、耐高温等方面带来的更为严苛的要求，OBC/DCDC等功率器件集成化趋势明显；同时，预计SiC碳化硅将借助耐高压、耐高温、开关损耗低等优势在功率器件领域进行广泛应用，驱动单车OBC/DCDC价值量提高约10%-20% 。

800v高压平台有望为OBC/DCDC带来新增量：高压平台使车载充电机升级需求增加，为高压OBC提供增量；同时，为能够适配使用原有400v直流快充桩，搭载800v电压平台新车须配有额外DCDC转换器进行升压，进一步增加对DCDC的需求。