车规级碳化硅模块的发展趋势1
发布时间:2022-01-20 17:42 阅读量:376

800V架构是全级别车型实现快充的主流选择。对于电池端,快充实质上是提升各电芯所在支路的充电电流,而随着单车带电量超100kWh以上的车型持续推出,电芯数量增加,若仍继续维持400V母线电压规格,电芯并联数量增加,导致母线电流增加,对铜线规格、热管理带来巨大挑战。

 

因此需要改变电池包内电芯串并联结构,减少并联而增加串联,方能在提升支路电流的同时维持母线电流在合理水平。由于串联数量增加,母线端电压将提升。而100kWh电池包实现4C快充所要求的母线电压即为800V左右。为了兼容全级别车型快充功能,800V电气架构成为实现快充的主流选择。     


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整车:会战高端化,800V车桩并举。2019年豪车品牌保时捷推出全球首款800V车型Taycan;2020年比亚迪汉采用了800V架构;2021年上海车展发布的e平台3.0亦搭载800V架构。随后华为、吉利、广汽、小鹏、岚图等Tier1和整车厂/品牌推出了车桩两端的解决方案,以保障快充使用体验。

    

      预计未来两年高端化是整车厂主战场,军备竞赛开启。补能时间是电动车面临的核心短板之一,升级800V结构有利于实现快充,在短期内形成对中低端车型的差异化竞争力。长期看快充对于中低端车型亦是刚需,800V架构升级具备长期趋势。

 

零部件与元器件:SiC和负极受益最大,其他部件平滑升级。从目前400V升级至800V ,变化最大的零部件和元器件主要是功率半导体和电池负极。其中SiC基功率半导体由于耐压高、损耗低、开关频率高等优异性能,预计将全面替代Si基功率半导体。


由于快充瓶颈在于负极,如要将目前的1C倍充电率提升至2C ,再提升至4C ,主流技术包括石墨包覆/掺杂硬碳、硅碳负极。其余部件则需要重新选型,提升耐压等级,但整体来看成本变化平滑。短期来看高压方案比目前方案整车成本增加2%左右,长期看有望低于目前成本,为整车厂推广建立了良好基础。    


风险因素: 新能源车销量不及预期,快充电池技术开发不及预期,快充充电桩铺设不及预期,电网扩容不及预期,快充导致电池安全问题。投资建议:未来两年是整车厂品牌向上最佳时间窗口,高端车型有望密集推出,军备竞赛开启。缩短补能时间是目前电动车升级的核心诉求之一,国内外整车厂争相布局800V快充,率先在高端车上配置,在短期内形成对中低端车型的差异化竞争力。长期看,中低端车型亦有快充需求,800V电气架构升级具备长期趋势。


推荐方向:

1、目前具备成熟800V技术以助力品牌升级的自主整车厂;

 

2、国内SiC功率半导体技术领先的供应商;

 

3、硅碳负极供应商。建议关注高压系统中零部件和元器件供应商。

 

动因:为什么是800V

 

汽车电压平台演变

 

燃油车时代,6V-12V-48V:


· 1912年汽车开始装蓄电池,电压为6V。随着汽车电器如车灯、照明、ISG等用电器件增加,用电功率需求增加,1950年升级为12V,并延续至今。

· 期间还出现过42V。主要由美国发起,因零部件升级电压规格成本高而未能实现。2010年信息娱乐、混动等需求出现,由欧洲发起48V升级,与12V并存。

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电动车时代,出现>400V高压:


· 纯电动汽车中由于成百上千个电池串并联,整个电池包电压超百伏,与燃油车上共有的12/48V用电器形成高、低压两套电气系统。

· 纯电动汽车高压系统主要由动力电池、配电盒、OBC、DCDC、电驱、PTC、空调、充电口等构成。

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· 目前纯电动乘用车由于带电量不同,电压等级在250-450V范畴,公交车/物流车由于带电量高,电芯串联之后电池包电压范围在450-700V。

· 未来乘用车有望升级至800V。


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痛点:补能速度,两种方案——换电和快充。


· 电动车在动力性能、智能化方面超越燃油车,续航里程也随着电池能量密度提升、电耗降低而提升到400km以上水平。但整体仍面临着补能焦虑的问题,燃油车加一次油时间为5分钟,而目前快充至少要60分钟。在高峰期充电排队等候的时间亦进一步拉长。

· 解决补能速度的两条路线包括换电和快充,换电目前还面临盈利模式、标准统一等挑战。

· 目前车企更多选择快充路线,一方面快充与CTC趋势一致,另一方面技术升级路径清晰。


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快充:根据P=UI,提升快充功率有2种方案。(待续......)