汽車超級快充產(chǎn)業(yè)研究：超級快充時代來臨-高電壓平臺加速滲透

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

2、次招 標中的 160kW 充電樁占比接近 40%；從充電標準看，新標準有望于 2021 年發(fā)布，直流充 電功率最高有望達到 900kW。1.1. 高電壓平臺趨勢確立，國內(nèi)外 OEM 跑步入場“充電慢”是新能源車行業(yè)的核心痛點，高電壓平臺和超充樁是實現(xiàn)大功率快充的主要方案。 以 2020 年熱銷的部分純電動車型為例，其直流快充的理論平均充電倍率約為 1C（即 1 小時 可充滿 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。而在滿足國標標準的充電樁下，比亞迪漢 EV 的充電速度是主流車型中最快的， 其峰值充電功率可達 120kW，完成 30%-80%SOC 仍需 25min。在眾多解決方案中，高電壓 平臺和與之配套的超級充電樁是目前被大多數(shù)整車廠看好的主要方案。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及相關車型，充電倍率有望達到2C。 屆時，“充電焦慮”有望得到顯著緩解。近年來，海外整車廠紛紛推出高電壓平臺車型。2019 年，保時捷率先量產(chǎn) 800V 高電壓平臺 電動車 Taycan，目前最大充電功率可達 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350kW；2020年，現(xiàn)代集團正式發(fā)布E-GMP平臺，搭載400V/800V 超高壓充電系統(tǒng)，可在 18min 內(nèi)完成 0%-80%SOC，可實現(xiàn)充電 5min 續(xù)航 100km；2021 年，搭載的奧迪自研 PPE 平臺的 A6 e-tron Concept 面世，該平臺搭載了 800V 高壓電氣系 統(tǒng)，理想狀況下充電 10min 續(xù)航 300km。國內(nèi)科技巨頭和車企也積極布局高電壓平臺及解決方案。華為于 2021 年推出業(yè)內(nèi)首個 AI 閃 充全棧動力域高壓解決方案，計劃在 2021 年落地 750V 的閃充方案，15min 實現(xiàn) 30%-80%SOC；比亞迪于

5、 2021 年發(fā)布的 e 平臺 3.0 搭載 800V 閃充技術，充電 5min 續(xù)航 150km；2021 年，吉利發(fā)布量產(chǎn)車型極氪 001，基于 SEA 浩瀚架構打造，支持 800V 超級 快充，可實現(xiàn)充電 5min 續(xù)航 120km。1.2. 緩解“充電焦慮”，提高效率，高電壓平臺優(yōu)勢明顯1.2.1. 提升充電效率，高電壓平臺勢在必行充電功率等于電壓和電流的乘積，提高電動車單位時間內(nèi)的充電功率須提升輸入電壓或電流。 截至 2020 年，國內(nèi)大部分量產(chǎn)純電動車型的額定電壓均小于 500V，在現(xiàn)有國標直流充電標 準下，純電車的輸入電壓越高，即可實現(xiàn)更高的直流充電功率，大大縮短充電時長。假設一

6、輛排氣量 2.0 的燃油車百公里油耗 10L 左右，加滿油僅需 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，充電功率達到 600kW， 5min 即可充電 50kWh，可實現(xiàn)續(xù)航約 500km。因此，隨著電壓平臺的提升，加油和充電用 時明顯接近。1.2.2. 優(yōu)勢凸顯，助力提升整車動力性能、續(xù)航里程高電壓平臺有利于提升動力性能和續(xù)航里程在動力性能方面，電壓的提升能夠有效提高電池放電倍率，匹配驅(qū)動系統(tǒng)功率需求，以滿足超高的動力需求。以保時捷 Taycan 為例，家用電動車的電機峰值功率一般為 100-150kW， 而保時捷 Ta

7、ycan Turbo S 整車電機輸出功率為 560kW，電壓平臺為 400V 的電池組放電倍 率通常在 2C 左右，無法滿足 Taycan 驅(qū)動系統(tǒng)的功率需求，而 Taycan 電池組的放電倍率則 能達到 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。以奧迪 PPE 800V 高電壓平臺為例，與 E-tron 400V 電壓平臺相比，該平臺電機系統(tǒng) 能耗損失降低 50%，對續(xù)航里程的貢獻增加 10%。此外，高電壓平臺需要用耐高壓的 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 平臺采用了 800V

8、 SiC 模塊，整車續(xù)航能力提升約 5%。降低線束成本，實現(xiàn)輕量化新能源汽車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，難以彎曲，不僅在車內(nèi)難以布局，而且可能在碰撞后刺入駕駛艙，增加安全 風險；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，電壓等級提高能有效減小高壓線束截 面積，確保行車安全，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，并達到 有效降低線束成本的效果。1.3. 高電壓零部件供應鏈逐漸成熟，快充樁布局已就位1.3.1. 高壓架構零部件產(chǎn)

9、業(yè)鏈逐步完善高壓架構下，電池包、電驅(qū)動、PTC、空調(diào)、車載充電機等都需重新適配，對產(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 年年底基本實現(xiàn)量產(chǎn)。從車端看，目前 PTC 和空調(diào)已實現(xiàn)量產(chǎn)，高壓 OBC、DC/DC、快充電池、高壓 BMS 以及 高壓電驅(qū)動預計于 2021 年量產(chǎn)。具體來看，日立和馬瑞利已為 Taycan 800V 電壓平臺設計 電驅(qū)動部件，華為、博格華納、匯川技術等陸續(xù)發(fā)布 800V 電驅(qū)動系統(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)動系統(tǒng)；華為、德爾福及部分車企自研高壓 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 電動壓縮機或 PTC 的能力；巴斯巴、永貴、中 航光電、泰科等供應商也已具備量產(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)運營成本高、設備生命周期短的痛點。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內(nèi)充

11、電樁企業(yè)已布局大功率快充產(chǎn)品。特來電 300kW 一體式直流雙槍充電單樁既可實現(xiàn) 300kW 雙槍快充，同時可以滿足 150kW 群充充電需求，輸出電壓最高可達 750V；星星充 電自主研發(fā)的 500kW 大功率液冷充電系統(tǒng)可讓車輛于 10min 內(nèi)充滿電，能有效提高電樁轉(zhuǎn) 換效率，并顯著降低電損，目前已與保時捷產(chǎn)品完成對口測驗；萬馬愛充旗下產(chǎn)品智慧充電 樹 V1 和 V2 充電功率在 240kW-480kW，直流輸出電壓高達 750V。國家電網(wǎng)作為快充樁營運龍頭，同時是國內(nèi)最大的充電樁公開招標企業(yè)，其招標需求對行業(yè) 具有風向標意義。近年，國家電網(wǎng)招標的大功率充電樁數(shù)量呈現(xiàn)明顯上升趨勢。201

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

13、動汽車 ChaoJi 傳 導充電技術白皮書和 CHAdeMO3.0 標準，標志著 ChaoJi 充電技術邁入標準制定與產(chǎn)業(yè)應 用新階段。ChaoJi 充電技術是一套完整的電動汽車直流充電系統(tǒng)解決方案，針對國際上現(xiàn)有 充電系統(tǒng)存在的問題，在充電安全、充電功率、結構設計、向前兼容性及未來應用等方面進 行了全面提升。兼容國內(nèi) GB/T 標準的版本有望于 2021 年發(fā)布。在新標準下，直流充電樁 的最大電流有望達 600A，最高電壓有望達到 1500V，直流充電功率最高可達 900kW。2. 龍頭企業(yè)紛紛入場，超級快充時代到來核心觀點：龍頭企業(yè)紛紛入場高電壓平臺，華為推出首個 AI 閃充全棧動力域高壓

14、平臺解決 方案，2021 年落地的 FC1 閃充方案，充電 15min 可實現(xiàn) 30%-80%SOC；保時捷于 2019 年推出首款搭載 800V 電壓平臺的純電動量產(chǎn)車；比亞迪發(fā)布 e 平臺 3.0，搭載 800V 高壓閃 充技術；廣汽發(fā)布超級快充電池技術，其中3C快充電池系統(tǒng)充電 16min可完成 0%-80%SOC， 預計今年 9 月投產(chǎn)；吉利發(fā)布極氪 001，搭載 800V 高電壓平臺；長城旗下蜂巢能源發(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，充電倍率達到 4C。2.1. 華為：推出首個 AI 閃充全棧動力域高壓平臺解決方案2021年4月，華為推出首個A

15、I閃充全棧動力域高壓平臺解決方案，計劃于2021年落地750V、 200kW 的 FC1 閃充方案，充電 15min 可實現(xiàn) 30%-80%SOC；2023 年落地 1000V、400kW的 FC2 閃充方案，充電 7.5min 可實現(xiàn) 30%-80%SOC；2025 年落地 1000V、600kW 的 FC3 閃充方案，充電 5min 可實現(xiàn) 30%-80%SOC。該解決方案包括高壓車載充電系統(tǒng)、高壓異步電驅(qū)動系統(tǒng)、高壓同步電驅(qū)動系統(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)動系統(tǒng)上，華為提供了業(yè)界首個 前異后同的高壓四驅(qū)解決方案。該方案可實現(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始小批量交付。從成本上看，相較于普通充電，華為高壓架構下的熱管理、電驅(qū)動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 超級快充2021 年，吉利正式發(fā)布基于浩瀚 SEA 架構的極氪 001，該車型共有超長續(xù)航單電機 WE 版、 長續(xù)航雙電機 WE 版和超長續(xù)航雙電機 YOU 版三個版本，價格在 28.1-36

17、萬之間，長續(xù)航 版和超長續(xù)航版的電池包容量分別為 86 和 100kWh，續(xù)航里程最高可達 712km，零百加速 可達 3.8s。搭載 800V 高電壓平臺的極氪 001 可實現(xiàn)充電 5min 續(xù)航 120km，且支持最高 360kW 超級快充。此外，極氪還布局充電站和充電樁的建設。2021 年，極氪有望建成 290 座充電站和 2800 個充電樁。2023 年底，極氪充電站累計建設數(shù)量有望達到 2200 座，充電樁累計建設數(shù)量將 達到 20000 個。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。未來隨著充 電版圖的擴張，極氪將實現(xiàn)用戶在途和在家的補能全場景覆蓋。2.6. 長城汽車

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和對應電芯2021 年 4 月，長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和 對應電芯。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 可實現(xiàn) 20-80%SOC，2021Q4 有望量產(chǎn)；第二代 4C 快充電池充電 10min 可實 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)品裝車電池電量可超過 100kWh，可滿足 450kW+ 的四驅(qū)高功率

19、放電，支持 350kW 以上的充電樁和 800V 的高壓電氣架構性能車?？斐潆姵卣龢O方面采用三項技術：（1） 采用前驅(qū)體定向生長精準控制技術，通過控制前驅(qū)體合成參數(shù)，一次粒徑放射狀生長， 打造離子遷移“高速公路”，提高離子傳導，降低阻抗 10以上；（2） 多梯度立體摻雜技術，體相摻雜及表面摻雜多元素協(xié)同作用，穩(wěn)定高鎳材料晶格結構， 同時降低界面氧化性，循環(huán)提升 20，產(chǎn)氣降低30；（3） 柔性包覆技術，基于大數(shù)據(jù)分析及仿真計算，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。電池負極應用了四項先進技術：（1） 原料種類及選擇技術：選取各項同性，不同結構、不同類型的原

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

21、可兼顧耐熱性，達到快充及安全的平衡；極片方面，極片制備上通過 采用多層涂覆工藝，實現(xiàn)高能和快充兩大優(yōu)點；結構件方面，為了在滿足 600A 大電流過流 能力的條件下，盡可能地減輕電池重量。蜂巢通過使用 COMSOL 軟件仿真了結構件的過流 能力和溫度分布，優(yōu)化設計后快充過程中結構件的溫度小于 60。3. 高壓系統(tǒng)架構變革，功率器件迎來新機遇核心觀點：目前，能夠?qū)崿F(xiàn)大功率快充的高壓系統(tǒng)架構共有三類，2023 年前多數(shù)主機廠將 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，全系高壓架構將成為未 來主流。此外，當前超級充電樁尚未普及，高電壓平臺車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。隨著電壓平臺的提升，電動汽車對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， 將被廣泛應用于 OBC、DC/DC 和電機控制器等高壓部件中。我們預計 2025 年國內(nèi)新能源 汽車 SiC 功率器件的市場規(guī)模有望達到 60 億元。3.1. 高壓系統(tǒng)架構：三類架構可實現(xiàn)大功率快充，全系高壓架構將成主流3.1.1. 三類高壓系統(tǒng)架構可實現(xiàn)大功率快充根據(jù)Enabling Fast Charging：A Technology Gap Assessment，目前預計能實現(xiàn)大功率快充的高壓系統(tǒng)架構共有三

23、類：（1） 電池包、電機以及充電接口均達到 1000V，車中只有 1000V 和 12V 兩種電壓級別的 器件，OBC、空調(diào)壓縮機、DC/DC 以及 PTC 均重新適配以滿足 1000V 高電壓平臺。 該架構不僅對電池系統(tǒng)安全要求很高，而且需要車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 500V 的電池組，通過高壓配電盒的設計進行組合使用。大功率快充時，兩 個電池組可串聯(lián)成 1000V 平臺；在汽車運行時，兩個電池組并聯(lián)成 500V 平臺，以 適應 500V 的高壓部件，該方案的優(yōu)勢在于不需要 OBC、空調(diào)壓縮機、DC/D

24、C 以及 PTC 等部件在短時間內(nèi)重新適配，成本相對較低。但由于兩個電池組可能有不同的 阻抗和溫度條件，從而導致充電狀態(tài)不平衡，因此該架構需要較為復雜的電池管理系 統(tǒng)和電子技術將電池組在串聯(lián)、并聯(lián)之間轉(zhuǎn)換；（3） 整車搭載一個 1000V 電池組，在電池組和其他高壓部件之間增加一個額外的 DC/DC 將 1000V 電壓降至 400V，車上其他高壓部件均采用 400V 電壓平臺。3.1.2. 保時捷 Taycan 搭載四個電壓平臺保時捷 Taycan 所使用的高壓架構類似于上述第一類，不同的是 Taycan 搭載了 800V、400V、 48V、12V 共四個電壓平臺，并且配備多個 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標準直流快充接口（駕駛側）和一個交流慢充接口（副駕駛側）， 交流慢充接口通過車載充電機將交流電轉(zhuǎn)換至 800V 直流電充入動力電池。Taycan 的四個電壓平臺各有用途：（1） Taycan 通過 800V 電壓平臺實現(xiàn)了最高 270kW 的充電功率，同時也實現(xiàn)了最高配 Turbo S 560kW 的整車電機輸出功率，放電倍率達到 6C；（2） 400V電壓平臺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 問題。其次，由于暫時沒有供應商給保時捷提供 800V 的電空調(diào)壓縮機，只能配備 DC/DC 將 800

26、V DC 降至 400V DC 以供空調(diào)壓縮機使用；（3） 48V 電壓平臺是專門為 PDCC 動態(tài)底盤控制而設計，為使得車輛底盤操控可變而設 計的一整套包括可調(diào)阻尼、空氣彈簧、主動穩(wěn)定桿在內(nèi)的系統(tǒng)；（4） 12V 電壓平臺主要是用在車身電子、娛樂設備、控制器等零件，為此配備磷酸鐵鋰 電池。保時捷 Taycan 的高壓架構對于當前高電壓平臺車型具有借鑒意義，當前配套 800V 電壓平 臺車型的基礎設施尚未完全普及，短期量產(chǎn)的高電壓平臺車型通常會選擇搭配多個電壓平臺 以匹配現(xiàn)有充電設施。此外，我們預計在 2023 年前大部分主機廠將采用上述第二類架構； 2023 年后，隨著高壓部件成本下降，第一

27、類架構將成為未來主流。3.1.3. 800V 電壓平臺須配備升壓轉(zhuǎn)換器在 400V 電壓平臺上，交流電依據(jù)電池管理系統(tǒng)（BMS）提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)車載充電機（On-BoardCharger）轉(zhuǎn)化為可供動力電池使用的直流電，對新能源汽車的動力電池進行充電；直流電 則通過直流充電口直接向電池組充電。而在 800V 電壓平臺上，為兼容現(xiàn)有的 400V 直流快 充樁，電動汽車須額外配備升壓轉(zhuǎn)換器將 400V 直流電升壓至 800V 充入動力電池。當 800V 充電樁大規(guī)模普及，該升壓轉(zhuǎn)換器將被取消。從保時捷 Taycan 來看，800V DC 經(jīng)過 PDU（高壓配電盒）直接充入動力電池組，充電功率 為 2

28、70kW；400V DC 充電電源需通過內(nèi)臵升壓單元（Booster unit）的直流充電機（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 交流充電機（On-board AC charger）轉(zhuǎn)換為動力電池可以使用的直流電，對汽車動力電池 進行慢速充電，充電功率可達 11kW。從現(xiàn)代 E-GMP 平臺來看，據(jù)現(xiàn)代集團，不同于其他品牌車型需要單獨安裝一個內(nèi)臵升壓器的車載充電機將 400V DC 轉(zhuǎn)換為 800V DC 供汽車電池組使用，消費者需額外付費，且車輛 將增重約 20kg。E-GMP 平臺的多重充電系統(tǒng)

29、（Multi-Charging System）則先經(jīng)過特殊的整 合式電動馬達/升壓器（Motor/Inverter）將 400V DC 升壓為 800V DC，再對高壓電池組進行 充電，其優(yōu)勢是能降低成本與重量。3.2. 功率器件：SiC 優(yōu)勢明顯，高電壓平臺不可或缺3.2.1. 功率器件在新能源車中具備重要作用，占車用半導體成本比重大功率半導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 通，也能控制關斷。IGBT 和 MOSFET 的具體作用如下：（1） MOSFET（金屬氧化物半導體場效應管）具有高頻、輸入阻抗高、驅(qū)動簡單、控制 功率小等特點。在汽車電子領域，MOSFET 在電動發(fā)動機輔助驅(qū)動、電動助力轉(zhuǎn)向 及電制動等動力控制系統(tǒng)，以及電池管理系統(tǒng)等功率變換模塊領域均發(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 組成的復合全控型 電壓驅(qū)動式功率器件。IGBT 不僅具有上述 MOSFET 的特點，還

31、具有 BJT 導通電壓 低、通態(tài)電流大、損耗小的優(yōu)點。IGBT 穩(wěn)定性稍弱于 MOSFET，但具有更高的耐壓 性，在高壓環(huán)境下傳導損耗較小。IGBT 的開關特性可以實現(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中用途廣泛，新能源車單車成本約為 265 美元。在新能源汽車高壓部件 中，MOSFET、IGBT 等功率器件主要應用于電機驅(qū)動、OBC、DC/DC 變換、電空調(diào)驅(qū)動等， 其中用量最大的是電機驅(qū)動。據(jù) CASA Research，平均一輛傳統(tǒng)燃油車使用的半導體器件 價值為 355 美元，而新能源汽車使用的半導體器件價值為 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)勢在工作過程中，電機控制器會在直流母線電壓基礎上產(chǎn)生電壓浮動。因此，在 450V 直流母 線電壓下，IGBT 模塊承受的最大電壓應在 650V 左右，若直流母線電壓提升到 800V 以上， 對應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 臺上存在著損耗高、效率低的缺點。SiC 功率器件不僅在耐壓和損耗水平上都能滿足 800V 電壓平臺的需求，還具

33、備進一步拓展 至 1200V 電壓平臺的潛力，SiC MOSFET 功率半導體正被逐步運用到高電壓平臺上。總體 上，對比硅基器件，SiC 功率器件主要有三大優(yōu)勢：（1） 耐高溫、高壓：SiC 功率器件的工作溫度理論上可達 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率和功率密度，能夠簡化散熱系統(tǒng)， 從而實現(xiàn)器件的小型化和輕量化，SiC 器件體積可減小至 IGBT 整機的 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 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。具體從新能源汽車上看，SiC 功率器件憑借其優(yōu)勢在電機驅(qū)動、OBC、充電樁和 DC/DC 中 發(fā)揮著重要的作用：（1） 電機驅(qū)動：SiC 功率器件可提升控制器效率、功率密度以及開關頻率，通過降低開關損耗和簡化電路的熱處理系統(tǒng)來降低成本、重量、大小及功率逆變器的復雜性；（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，與 Si 基器件相比，SiC 器件更適于此類工作環(huán)境；（3） DC/DC：SiC 功率器件可縮小電路的尺寸，降低重量，減少無源器件的成本，在滿 足冷卻系統(tǒng)的需求的同時大大降低整個系統(tǒng)的重量和體積。3.2.3. 2025 年中國新能源汽車 SiC 器件市場規(guī)模有望達 60 億元零部件及整車企業(yè)紛紛布局 SiC 器件2018 年，特斯拉 Model 3 成為全球首個將 SiC MOSFET 器件應用于主驅(qū)動逆變器的車型； 2019 年，華為旗下哈勃投資入股第三代半導體材料碳化硅制造商山東天岳；2020 年，意法 半導體推出從 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 3.9s。2021 年 4 月，比亞迪 e 平臺 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)，預計 到 2023 年，比亞迪將在旗下的電動車中，實現(xiàn) SiC 基車用功率半導體對硅基 IGBT 的全面 替代。SiC 價格逐年下降，性價比拐點有望于 2022-2023 年到來從 SiC 模塊價格上看，據(jù) CASA Research，2019 年 1200V 的 SiC 器件為 Si 基器件的 5-6 倍。隨著產(chǎn)能擴張攤薄固定成本、技術進步提高良率、拉速及有

37、效長度，預計其成本將繼續(xù) 快速下降，其性價比拐點有望在 2022-2023 年到來；從高壓部件成本上看，SiC 可以提高 3%-5%的逆變器效率，開關損耗可降低 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力總成部件的成本，對電動汽車的重量和成本產(chǎn)生積極 的影響。據(jù)科銳（Cree）預測，電動汽車上的 SiC 逆變器能通過增加 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 美元的單車成本下降；從整車成本看，當 SiC 模塊成本下降至當

38、 前 Si-IGBT 成本的 2 倍時，應用 SiC 器件的整車成本應不高于搭載 Si-IGBT 的整車成本。2025 年國內(nèi)新能源汽車 SiC 市場規(guī)模有望達 60 億元功率半導體市場上，Si基技術仍將在未來一段時間占主導地位，而SiC將會有很大的增長點。 受益于高電壓平臺車型的普及，新能源汽車中 SiC 功率器件的市場規(guī)模將大幅增長。我們預 計 2021-2025 年國內(nèi)新能源汽車 SiC 功率器件市場空間約為 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：國內(nèi)高電壓平臺車型銷量：2021 年，國內(nèi)量產(chǎn)

39、的高電壓平臺車型包括極氪 001、比亞迪漢 EV、北汽極狐阿爾法 S Hi 版等，我們預計全年銷量有望達到 7 萬輛。據(jù)工信部規(guī)劃，2025 年新能源汽車新車銷量占總銷量的 20%左右，預計銷量有望達 500 萬輛，我們假設其中的 300 萬輛將搭載 800V 以上高電壓平臺。2021-2025 年，我們預計國內(nèi)高電壓平臺車型銷量 約為 7/31/73/148/300 萬輛，2022-2025 年同比增速約為335.4%/137.7%/101.8%/102.3%。國內(nèi)新能源汽車 SiC 功率器件單車價值量：我們保守估計 2025 年 SiC 功率器件單車價值量 將下降至 2000 元左右。3.

40、2.4. SiC 功率器件產(chǎn)業(yè)鏈較長，中國企業(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、器件制造以 及下游應用市場。具體從各環(huán)節(jié)來看：（1） 襯底環(huán)節(jié)：備制 SiC 襯底的過程較為復雜，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)，再在籽晶上進行冷凝形成約 3-4cm 的碳化 硅晶碇，通過對晶錠進行切割、打磨、拋光，最終形成 SiC 單晶襯底；（2） 外延環(huán)節(jié)：導電型碳化硅襯底主要應用于制造功率器件。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，需在導電型襯底上生

41、長碳化硅 外延層得到碳化硅外延片，并在外延層上制造各類功率器件。（3） 器件和下游應用市場：功率器件又被稱為電力電子器件，是構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，主要應用于電動汽車、充電樁、光伏新能源、軌道交通和智能電網(wǎng)等領域。碳化硅行業(yè)內(nèi)企業(yè)具有兩類運營模式在碳化硅行業(yè)中，企業(yè)的運營模式主要可分為兩類：第一類是覆蓋較全的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，如同 時從事碳化硅襯底、外延及器件的制作，包括科銳（Cree）、羅姆（Rohm）等；第二類是只 從事產(chǎn)業(yè)鏈的單個或者部分環(huán)節(jié)，包括貳陸公司、天科合達等?？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體襯底、 功率器件、射頻器件等產(chǎn)品的技術研究與生產(chǎn)制