一文看懂车规级碳化硅模块

来源：内容由半导体行业观察（ID：icbank）转载自公众号 驭势资本 ，谢谢。

• 目前具备成熟800V技 术以助力品牌升级的自主整车厂；

• 国内SiC功率半导体技术领先的供应商；

• 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。

• 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。

• 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。

• 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。

• 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。

• 提升U ，代表是保时捷的800V方案，350A电流，实现300kW充电功率。

• 提升I ，特斯拉超级快充方案，对热管理有巨大挑战，600A电流，实现250kW充电功率。

• 充电枪 有最大充电电流限制；

• 不同EV 有不同的电池容量，均要实现相当的快充时间。

• 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。

• 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。

• 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。

• 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。

• 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。

• 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。

• 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。

• 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。

• 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。

• 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。

• 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。

• 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。

• 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。

• 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。

• 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%。

• 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。

• 800V体系升级，中短期为了适配现存的400V充电桩，需加装DCDC升压模块，独立升压模块需要额外的电感。单车用量从原来0.5kg提升至约2.7kg；

• 插混车由于电池容量较小，电压无法通过串联做到400V，对升压DCDC需求更大。一般而言，纯电动/插混单车用量0.5/4kg。

• 电池端由于负极快充性能提升、BMS复杂程度提升等因素，成本+5%；

• 从整车部件来看，高压架构在热管理、线缆辅料等部件成本变化小，优于低压高电流架构。

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