2021年，車企掀起了一輪800V電壓平臺車型的發(fā)布熱潮。

比亞迪、吉利、極狐、現(xiàn)代、廣汽、小鵬等都陸續(xù)發(fā)布了搭載800V高電壓平臺的車型，其中極氪汽車、小鵬、比亞迪等都將800V電壓平臺車型的量產(chǎn)定在了2022年。

業(yè)內(nèi)也普遍認(rèn)為，2022年將是中國800V電壓平臺的發(fā)展元年。

提到800V電壓平臺的時候，往往同時提起SiC器件。

需要聲明的是，800V電壓平臺帶來的是充電速度的提升，SiC器件應(yīng)用提高的是效率，兩者搭配應(yīng)用效果更佳。然而SiC器件卻不是必選項(xiàng)。

實(shí)際上，800V平臺也仍然可以采用耐高壓的Si-IGBT作為功率器件，不過，會在效率上有所降低，但并不影響充電速率。

SiC器件

采用SiC的優(yōu)勢就多了，例如，控制器的體積更小、效率和耐溫提高；在同樣的電池電量下，車輛的續(xù)駛里程有所增加；車輛整體加速性能及NVH也有明顯改善。

當(dāng)然，或許還有因?yàn)?00 V下，Si-IGBT控制器體積變大，增加了整車零部件布置難度的因素，也促使車企主動采用了SiC器件。

不過，從自主可控方面看，中國尚未有一片SiC芯片搭載到量產(chǎn)車輛上，產(chǎn)業(yè)鏈仍待完善。

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國內(nèi)外車企紛紛布局800V

2019 年 4 月保時捷 Taycan Turbo S 全球首發(fā)，隨著保時捷首款純電動車型誕生的還有800V電壓平臺。

隨后，車企開啟了800V電壓平臺時代，紛紛推出相應(yīng)的產(chǎn)品。

在 2020 年 12 月 2 日，現(xiàn)代汽車集團(tuán)全球首發(fā)了全新電動汽車專用平臺 “E-GMP” ， 該平臺同樣搭載了可以實(shí)現(xiàn)最大 800V 多功能充電系統(tǒng)。

Rivian和通用也已經(jīng)計劃將電壓改為800V。

中國方面，吉利極氪、小鵬汽車、廣汽埃安、比亞迪e平臺、理想汽車、北汽極狐、嵐圖等車企也已經(jīng)布局了800V快充技術(shù)。

部分車企高壓平臺情況

資料來源：網(wǎng)絡(luò)

除了車企，今年4月，華為也推出了首個AI閃充全棧動力域高壓平臺解決方案。根據(jù)華為的規(guī)劃，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。

這款 AI 閃充高壓解決方案首先搭載在北汽極狐阿爾法S HI 版本上，計劃在今年第四季度小批量交付。

可以看到，800V平臺，已經(jīng)成為車企下一階段的主攻方向之一。

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為什么要采用800V電壓平臺

小鵬汽車副總裁劉明輝告訴《電動汽車觀察家》，提高電壓平臺的目的就是為了實(shí)現(xiàn)快充。

回溯歷史會發(fā)現(xiàn)，從汽車搭載蓄電池開始，車輛對電壓的需求就在一直提升。

早在1918年，汽車開始搭載蓄電池，當(dāng)時的電壓僅有6V，后來為了滿足日漸提升的用電需求，1950年，汽車電壓開始提升至12V；現(xiàn)在如果要搭載一套20KW的輕混系統(tǒng)，需要達(dá)到48V的電壓才能滿足供電需求。

以電池作為動力驅(qū)動車輛后，對電池電壓的需求更加突出。要考慮驅(qū)動汽車所需的功率、不同冷卻條件的最大電流、功率器件的擊穿電壓，再綜合考慮成本因素，來確定電壓平臺。

目前，國內(nèi)外主流車型的電壓平臺都在400V左右，例如幾何、特斯拉等產(chǎn)品額定電壓低于400V。

與此對應(yīng)的充電速率，大概在1-1.5C之間。

隨著電動汽車的續(xù)駛里程的不斷增長，在電池能量密度沒有突破性進(jìn)展的情況下，這意味著電動汽車的帶電量越來越大。

快充則成為消費(fèi)者的主要訴求。要提升充電速度，就要提升充電功率。

《歐洲汽車那些事兒》統(tǒng)計的數(shù)據(jù)顯示，400公里續(xù)駛里程是電動汽車對快充需求的分界線，大于400公里，車企就會考慮提升充電速率。

之前電動車高壓系統(tǒng)普遍采用的是400V電壓平臺，這是受限于Si-IGBT功率器件的耐壓能力。基于該電壓平臺的充電樁中，充電功率最大的是特斯拉第三代超級充電樁，達(dá)到了250kW，工作電流的峰值接近600A。

根據(jù)電功率的公式，P=IU，要讓充電功率提升，要么提升電壓，要么提升電流。

在功率相同的情況下，電壓越高通過汽車線路的電流越小，由Q＝I2Rt可知產(chǎn)生的功率損耗也越小。因此要想使整個系統(tǒng)效率更高，可增加電池組電壓可降低電流，進(jìn)而降低損耗。

電機(jī)驅(qū)動效率也會更高。電流不變時，電池電壓越高電機(jī)的功率越大，電動車速度就越大，電機(jī)驅(qū)動的效率也越高，從而增加續(xù)航里程、降低了電池成本。

此外，也會有一些順帶的好處，例如，線束重量降低。在用電功率相同的前提下，電壓等級的提高會減小高壓線束上的電流，也就是線束變細(xì)了，從而達(dá)到降低線束重量、節(jié)省安裝空間的效果。

以保時捷Taycan為例，電壓從400V提升至800V后，電流降低一半，高壓線束的截面積也是400V所用架構(gòu)的一半，僅線束就減重4kg。

在中國本土車企中，比亞迪算是較早布局高電壓平臺的企業(yè)。在2019年，比亞迪唐的額定電壓就達(dá)到了613V，使用 80kW快充樁充電時，30min可實(shí)現(xiàn)30%-80%SOC；2021款的比亞迪唐特定電壓更是達(dá)到了640V，算是700V電壓平臺的產(chǎn)品；而且比亞迪唐DM-i(PHEV)也適用于≥700V的充電樁。

部分量產(chǎn)車型額定電壓情況

資料來源：汽車之家

也因此，眾多車企將電壓摸到800V作為下一階段的主要目標(biāo)。

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SiC-MOSFET 還是 Si-IGBT？

在業(yè)內(nèi)，提到800V平臺，往往也會提起SiC-MOSFET。為何SiC會和800V緊密聯(lián)系起來呢？

這就要從目前車上所用的功率器件特點(diǎn)分析。

電動汽車上的功率器件大致有三個選擇，一是MOSFET、Si-IGBT，以及SiC-MOSFET。

MOSFET 主要應(yīng)用于A00級車型，市場占有率較低，且未來有望被IGBT所取代。

業(yè)內(nèi)一般常說的Si-IGBT是以Si為基體材料的功率元器件，SiC -MOSFET則是以SiC為基體材料的功率元器件。

（1）SiC -MOSFET優(yōu)點(diǎn)多，但貴

SiC- MOSFET與Si-IGBT相比，前者耐壓程度高、開關(guān)損耗低、效率高，但是價格也高。

簡單來說，優(yōu)點(diǎn)很多，就是貴。

在考慮使用 SiC帶來的電池成本、磁材成本和其他成本的系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性后，根據(jù)中信證券測算，當(dāng)電池容量達(dá)到75kWh時，使用SiC可在系統(tǒng)單位成本上獲得正向經(jīng)濟(jì)性。

例如，為了效率，不怕貴的特斯拉，在400V電壓平臺上，全系車就都采用了SiC-MOSFET。

由此可見，SiC的使用和電壓平臺沒有必然關(guān)聯(lián)。

（2）SiC -MOSFET和800V

但SiC -MOSFET在高壓系統(tǒng)下，優(yōu)勢明顯。

在中國，800V平臺中，才考慮采用SiC MOSFET，是因?yàn)樵瓉?00V平臺適用的Si-IGBT不再適用。

在工作過程中，電機(jī)控制器會在直流母線電壓基礎(chǔ)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(yīng)在650V左右，若直流母線電壓提升到800V以上，對應(yīng)的功率器件耐壓水平則需提高至1200V左右。之前適用于400V的Si-IGBT模塊將不再適用。

因此，在800V平臺上，如果還用Si-IGBT，則需要換成耐高壓的；或者考慮采用SiC -MOSFET。

因?yàn)榧词箵Q成耐高壓的 Si-IGBT，其在800V 高電壓平臺上仍然存在著損耗高、效率低、體積大的缺點(diǎn)。

有業(yè)內(nèi)人士表示，800V平臺上所用Si-IGBT要明顯大于400V電壓平臺，這對本就緊張的車內(nèi)空間布置帶來更大的困難。

至此似乎SiC-MOSFET的優(yōu)勢更多一些。

那么最終要不要換，還要看一個疊加因素——成本。

據(jù)科銳（Cree）預(yù)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(dāng)SiC器件成本下降至當(dāng)前Si-IGBT成本的2倍時，應(yīng)用SiC器件的整車成本應(yīng)不高于搭載 Si-IGBT的整車成本。

資料來源：電子發(fā)燒友網(wǎng)

劉明輝也認(rèn)為，采用SiC器件是劃算的，采用SiC后，相比Si-IGBT的效率提高了3%左右，但是續(xù)駛里程卻可以提高5%左右。

簡單點(diǎn)兒說，就是SiC器件帶來的空間節(jié)省、續(xù)駛里程增加，和多支出的成本比，還是劃算的。

在劉明輝看來，SiC器件之所以貴，是因?yàn)闆]有人用，需求量一旦拉升，價格就會大幅下降。

陽光電源總裁洪思明也有類似觀點(diǎn)，他認(rèn)為，當(dāng)車輛電量達(dá)到60度電以上，使用SiC器件基本上能達(dá)到成本的平衡點(diǎn)。也就是說，率先采用高電壓的中高端車型會率先搭載，中低端車型暫時還無法普及。“如果將電動汽車定位為一個高端大玩具，雖然SiC器件成本有所提升，但同時也提升了車輛加速和NVH等方面的性能。”

當(dāng)然，再次強(qiáng)調(diào)，也可以不選SiC器件，在快充速率上不會有任何影響。

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中國SiC產(chǎn)業(yè)鏈并不完善

但是選用SiC器件，可能要面對中國產(chǎn)業(yè)鏈并不完善的窘境。尤其在芯片供應(yīng)相對緊張的情況下，中國能否實(shí)現(xiàn)自主供應(yīng)，是供應(yīng)鏈安全成為首要考慮的因素。

某資深業(yè)內(nèi)人士告訴《電動汽車觀察家》，目前中國沒有任何一家（包括比亞迪）、任何一片SiC芯片裝到量產(chǎn)車上。在功率芯片方面，仍基本依賴進(jìn)口。

其實(shí)不要說第三代材料的SiC器件，就是二代材料的Si-IGBT芯片，中國也需要大量依賴海外企業(yè)供應(yīng)，目前能夠生產(chǎn)的企業(yè)也就比亞迪、中車少數(shù)幾家企業(yè)供應(yīng)。

有數(shù)據(jù)顯示，中國95%的中高端IGBT芯片主要依靠進(jìn)口，日德等IGBT企業(yè)是我國進(jìn)口IGBT芯片的主要來源，其中日本的三菱和富士電機(jī)以及德國英飛凌，幾乎壟斷了國內(nèi)90%以上的IGBT高端市場。

陽光電源的研發(fā)人員在溝通中也表示，SiC芯片本身難度大，控制器開發(fā)也比硅基的難。“硅做了那么多年都有很多的積累，但碳化硅還沒有?！?/span>

SiC器件價值鏈可分為襯底——外延——晶圓——器件。SiC襯底是SiC器件的主要成本和難點(diǎn)所在，所占的成本最高為50%。主要原因單晶生長緩慢且品質(zhì)不夠穩(wěn)定，并且這也使得是SiC價格高，沒有得到廣泛的推廣。

在SiC行業(yè)中，企業(yè)的運(yùn)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SiC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)：單晶襯底方面，例如新日鐵住金、Norstel 等；外延片方面，例如DowCorning、II-VI等；器件/模塊方面，例如意法半導(dǎo)體、安森美。總體而言，Cree 是全球SiC相關(guān)技術(shù)的龍頭企業(yè)。

中國的SiC功率半導(dǎo)體相關(guān)廠商主要包括單晶襯底企業(yè)山東天岳、天科合達(dá)、同光晶體、中電科等；外延片企業(yè)天域半導(dǎo)體、瀚天天成等；器件/模塊企業(yè)中車時代電氣、世紀(jì)金光、泰科天潤、揚(yáng)杰電子；設(shè)備企業(yè)北方華創(chuàng)、沈科儀等。

雖然這些企業(yè)都在布局，但是目前中國的SiC產(chǎn)品，仍然不能滿足車規(guī)級市場的需求。

隨著SiC產(chǎn)品的相關(guān)投資增長，例如華為戰(zhàn)略投資山東天岳獲 10%股權(quán)，北方華創(chuàng)向天岳批量供應(yīng) 6 英寸單晶爐，產(chǎn)品缺陷控制情況較好；比亞迪也在進(jìn)行SiC功率半導(dǎo)體相關(guān)技術(shù)研發(fā)等?；蛟S有一天中國也能培養(yǎng)出滿足車規(guī)級需求的SiC芯片企業(yè)。

參考資料：

天風(fēng)證券《800V高壓平臺SiC應(yīng)用，新能源汽車供應(yīng)鏈的投資機(jī)會》；

安信證券《超級快充時代來臨，高電壓平臺加速滲透》；

中信建投證券《新能源汽車產(chǎn)業(yè)趨勢系列報告之八：功率半導(dǎo)體，馭電者之歌》；

歐洲汽車那些事兒《電動車?yán)m(xù)航里程與充電性能展望（上）》；

方正證券《電子行業(yè)專題報告：第三代半導(dǎo)體之SiC研究框架》

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