电动汽车高压架构发展趋势（看好电动汽车800V高压系统受益产业链）

投资建议

◾解决充电及续航焦虑，800V系统应运而生。新能源汽车发展如火如荼，在动力性能、智能化、节省成本等方面优势明显，但电动汽车仍然面临续航里程焦虑的问题，为了延长续航里程，各大厂商纷纷加装电池，超过一定电量之后的加电池策略，续航边际收益降低。随着电池容量的增加，续航焦虑已经降低不少，充电焦虑开始浮出水面，快充能有效的解决充电及续航焦虑，新能源汽车800V高压平台方案应运而生。小鹏发布G9，800V平台采用SiC器件，可实现充电5分钟，续航200公里；岚图800V系统可实现充电10分钟，续航400公里；目前全球已推出或确定推出800V系统的汽车品牌多达20多家，基于800V系统核心优势明显，我们研判在电动汽车领域有望快速渗透，看好受益产业链。

行业观点

◾800V高电压系统，碳化硅受益首当其冲。功率器件是电动汽车逆变器的核心能量转换单元，如果直流母线电压提升到800V以上，那么对应的功率器件耐压则需要提高到1200V左右。SiC具有高耐压特性，在1200V的耐压下阻抗远低于Si，对应的导通损耗会相应降低，同时由于SiC可以在1200V耐压下选择MOSFET封装，可以大幅降低开关损耗。根据ST数据，碳化硅器件损耗大幅低于Si基IGBT，在常用的25%的负载下，碳化硅器件损耗低于IGBT 80%，在1200V时优势更加明显。90%的行车工况是在主驱电机额定功率30%以内，处于碳化硅的高效区；SiC主驱使得电源频率和电机转速增加，相同功率下转矩减小，体积减小。根据英飞凌、福特、奔驰、现代等公司研究数据，SiC应用于800V系统，可整体节能5-10%。此外，车载OBC、DC-DC、PDU开始大规模应用碳化硅，车载OBC采用碳化硅器件，系统效率可提升 1.5% - 2.0%；配套的高压快充、超充电桩也增加了碳化硅的用量。Yole预测，2026年整个碳化硅功率器件的市场规模有望达到50亿美元，其中60%以上用于新能源汽车领域。

◾隔离芯片量价齐升。800V电驱动系统具有更高的瞬态共模干扰，对于逆变器的隔离驱动芯片来说，需要能够承受超过100kV/us的共模瞬态干扰。随着800V电压的提高，系统需要更高的原副边绝缘耐压需求。主要体现在两个方面，一个是绝缘工作电压。对于800V电压的系统来说，其跨隔离带的隔离芯片需要承受至少800V的绝缘工作电压，保证至少15-20年的工作寿命。整体来看，800V系统隔离芯片的使用量及价值量均有大幅的提升。

◾薄膜电容及高压直流继电器价值量提升。800V系统SiC器件的应用，噪音对策变得越来越重要，有时会发生较大的浪涌电压。整体来看，800V系统对薄膜电容的使用温度、使用电压会提升，可靠性、稳定性要求也进一步提升，预测价值量也有一定程度的提升。800V系统对高压继电器的要求进一步提高，原来树脂封装需改用陶瓷封装，800V平台电压电流更高、电弧更严重，对耐压等级、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，价值量也有一定的提升。

◾推荐组合：三安光电、法拉电子、纳芯微、斯达半导体、时代电气。

风险提示

◾800V系统渗透率不达预期，SiC成本居高不下，新能源车发展低于预期。

一、解决续航、充电焦虑，800V高压系统应运而生

1.1快充、节能，800V高压系统开启发展元年

◾新能源汽车发展如火如荼，在动力性能、智能化方面、节省成本等方面大幅领先燃油车，但电动车仍然面临续航里程焦虑的问题，为了延长续航里程，各大厂商纷纷加装电池，超过700公里续航能力的新车层出不穷，甚至有超过1000公里的。1度锂电池的重量是3-4公斤，超过一定电量之后的加电池策略，续航边际收益极低，算上行车安全问题甚至出现负的边际收益。随着电池容量的增加，续航焦虑已经降低不少，充电焦虑开始浮出水面，快充能有效的解决续航焦虑问题，新能源汽车800V高压平台方案应运而生。

◾目前纯电乘用车电压通常在200-400V 之间。电动汽车动力源是电机和电池，需要较大的输入/输出功率，车内电压平台通常高于燃油车。纯电乘用车电压通常在200-400V 之间。400V电压系统通常包括：电池、电机、电控、充电机（OBC）、高低压转换器（DC/DC）、高压控制盒(PDU)、连接器及线束、电机/电池热管理相关零部件。从核心部件功能上看：1）电池是所有电器的供电单元，PDU对电池、电路起保护作用；2）驱动电机及控制器是动力源，将电能转化为机械能；3）DC/DC 对高低压进行转化，满足车内低电压器件用电需求；4）OBC 将充电桩的交流电转换成直流电进而通过分线盒给电池充电。

◾受限于硅基IGBT功率元器件的耐压能力，之前电动车高压系统普遍采用的是400V电压平台。基于该电压平台的充电桩中，充电功率最大的是特斯拉第三代超级充电桩，达到了250kW，工作电流的峰值接近600A。如果想要进一步提高充电功率、缩短充电时间，就需要将电压平台从400V提升到800V、1000V甚至更高的水平，来实现高压系统的扩容。

◾高电压平台技术看起来并不复杂，只是升高了整车的电压。但对于技术的开发和应用，却是“牵一发而动全身”的系统工程。 电压平台的升高，意味着核心三电系统以及空调压缩机、DCDC（直流变压器）、OBC（车载充电机）等部件都要能在800V甚至1000V的电压下正常工作。

◾保时捷TayCAN率先量产800V电压平台。在高电压平台方面，率先尝试的是2019年上市的保时捷Taycan。出于对充电速度和持续性能的追求，Taycan率先量产了800V电压平台。保时捷Taycan已经将最大充电功率提升到了350KW，可以在22.5分钟，把Taycan Tuebo S容量93.4kWh的动力电池从5%充至80%，提供300公里的续航能力。

◾800V系统可减少高压线束的用量。在用电功率相同的前提下，电压等级的提高还将减小高压线束上传输的电流，这将缩减高压线束的截面积，达到降低线束重量、节省安装空间的效果。保时捷Taycan，当电压从400V提升到800V后，电流相应降低了一半，所需高压线束的截面积也仅为400V架构的二分之一，仅在线束上就实现了减重4Kg。

◾Taycan车上增加升压充电机。对于如何兼容现有的400V充电桩的问题，Taycan选择了额外搭载一台直流车载充电机，首先将400V充电桩输出的充电电压升压至800V后，再对电池进行充电。

1.2全球各大汽车厂商纷纷推出800V高压系统车型

◾800V优势明显，可实现快充及节能，各大厂商竞相研发及推出800V系统车型。

◾（1）纬湃科技推出800V电压平台EMR4

◾2021年，7月8日，纬湃科技带来了其兼容800V电压平台的第四代三合一电驱动产品-EMR4，EMR4整体结构呈三段式布置，从左到右依次为电控、减速器和电机。从结构上看比第三代EMR3更加紧凑。可兼容现有400V和800V电压平台，最大功率区间为80-230KW。

◾纬湃科技800V平台亮点：定子采用六层扁线设计，冷却方式为电机 减速器油冷，电控水冷设计。电子最高转速16000转/分，主力功率平台为230Kw（最大功率）。电控功率模块与罗姆电子合作，类型为碳化硅基。由于更加紧凑的设计，相比EMR3，同功率平台下EMR4效率提升5%，性能提升20%，重量节省25%，成本降低30%。EMR4量产时间为2023年，生产工厂为天津工厂。纬湃科技表示，在800V平台领域已经拿到现代汽车E-GMP电控产品的订单。

◾（2）采埃孚800V系统2022年投入量产

◾采埃孚800V系统性能和效率分别提升了33%和11%。全球传动系统巨头采埃孚（ZF）在7月发布了全新的电驱产品，即采用碳化硅功率芯片的电控和动力脱开机构的三合一电驱动系统，该系统将基于800V电压平台打造，预计将于2022年年底之前在国内投入量产。这是采埃孚基于第三代半导体材料的量产碳化硅功率芯片，令电机控制器的最高效率可达99.5%，组成电驱动桥后，相比现阶段常规的400V硅基方案，重量减轻了25%，性能和效率分别提升了33%和11%。

◾（3）岚图800V系统可实现充电10分钟，续航400公里

◾充电速率可提升125%。2021年9月26日，岚图汽车展示了自研800V高电压平台及超级快充技术，与OIB-中央智慧大脑等一系列最新研发成果，岚图汽车表示，其有望成为最早量产800V高压超级快充的中国高端电动品牌。岚图汽车的最新800V高压超级快充技术，是一套动力电池和用电设备均为800V高压系统，无冗余升压装置的全新高压系统架构，包括超级快充系统、超低系统能耗、高性能电池、SiC电驱总成，并支持无线充电。该技术具备极致快速充电的能力，其中整车高性能电池搭载4C电芯，在360KW超级充电桩的加持下，充电速率可提升125%，实现充电10分钟，续航400公里。

◾续航能力提升5%。同时，该系统凭借SiC电驱三合一应用技术，使得电驱效率提高5%，工况效率高达91%，实现相同电量下续航能力提升5%。相比不稳定的串并联方案，800V高压系统整体更加可靠，其超级充电系统具备多重冗余保护，保障用户在采用600A的超大电流进行超级快充时，不会带来电池的过热、不稳定等安全隐患。此外，该技术还支持800V 11kW无线快充，充电效率高达92.3%。

◾2022年奥迪RS e-tron GT将搭载800V系统，奔驰也正在开发自己的800V系统。

◾全球车厂推出800V系统势如破竹

◾从目前公开的消息看，包括保时捷、奥迪、捷尼赛思等豪华品牌电动车均已宣布采用800V高压系统，通用的电动版悍马、领克浩瀚SEA架构也采用了800V高压系统。

◾国内方面，北汽极狐αS 和华为合作的Hi版，其中搭配华为高压三电平台，小鹏G9，还有蔚来ET7等。2022年前后，会有更多的800V产品推出。其中包括：比亚迪宣布他们的e平台3.0版本将支持800V闪充。广汽AionY推出凭借800V以上电压将实现 8分钟充电80%的超级快充。奇瑞的鲲鹏混动将会推出800V的PHEV方案。现代将要量产的E-GMP产品支持400/800V的快充等。

二、 800V系统，碳化硅受益首当其冲

2.1 SiC有望在800V系统中大显身手

◾相对于Si基IGBT，碳化硅具有低导通损耗、低开关损耗，应用于800V高压平台的电动汽车，可以充分体现快充、节能的优势。碳化硅在新能源汽车中主要应用于DC/DC直流变压器、DC/DC升压器、OBC车载充电器以及动力电机控制器。

◾SiC由于其高耐压的特性，在1200V的耐压下阻抗远低于Si。从400V提升到800V，意味着电动汽车所有的高压元器件及管理系统都要提高标准，首当其冲的就是逆变器。功率器件是电动汽车逆变器的核心能量转换单元，目前，传统IGBT通常适应的高压平台在600-700V左右，如果直流母线电压提升到800V以上，那么对应的功率器件耐压则需要提高到1200V左右。SiC由于其高耐压的特性，在1200V的耐压下阻抗远低于Si，对应的导通损耗会相应降低，同时由于SiC可以在1200V耐压下选择MOSFET封装，可以大幅降低开关损耗，这将大幅提高功率器件的效率。

◾800V下SiC 总功率损耗显著低于Si。当今最先进的 400 V Si‑IGBT 逆变 在 8 至 10 kHz 的开关频率下运行。电压压摆率通常高达 5 kV/µs。传统 Si 技术和 SiC 技术在 800V下的总功率损耗之间存在显著差异。

◾在800V，10kHz，电压压摆率50kV/µs条件下，SiC逆变器的模块低损耗优势更加明显。

2.2 800V电驱采用碳化硅，整车可节能5-10%

◾根据英飞凌、Fraunhofer研究，在城市工况，全碳化硅模块比Si基IGBT模块多续航10%。

◾800V系统采用碳化硅模块整体能耗降低5%~10%。丰田、戴姆勒、福特、蔚来这样的整车厂，其他还有包括电装、英飞凌、罗姆都做了大量的研究，仿真及实测在不同的工况、不同的车型得到的答案采用都是采用碳化硅模块将硅模块的能耗降低5%~10%。

◾预测2026年车用碳化硅功率器件市场规模超30亿美元。当前整个碳化硅功率器件的市场规模在10亿美元左右，还没有迎来渗透率的拐点。根据Yole的预测，到2026年整个碳化硅功率器件的市场规模有望达到50亿美元，其中60%以上用于新能源汽车领域。

◾对于逆变器而言，800V高压运行架构下的SiC功率半导体比传统硅器件的整体系统效率更高。SiC功率半导体也使得散热系统设计更简单，机电结构的空间更小。对于车载充电和快速充电桩，SiC功率半导体在充电过程中减少了能量损失，也减少了所需的电容和电感的数量。

◾SiC比硅更轻薄，更适用于1000V以上的中高压范围。车用半导体中，SiC是未来趋势，目前，xEV车中的主驱逆变器仍以IGBT 硅FRD为主，考虑到未来电动车需要更长的行驶里程、更短的充电时间和更高的电池容量，SiC基MOSFET将是大势所趋。SiC能有效提高逆变器效率，从而降低电池成本。

◾电池容量越大，SiC MOSFET优势越显著。目前来看，车用功率半导体器件中，仍以硅基IGBT为主，而SiC基MOSFET代表着未来，因为它性能更强，但目前推广的最大障碍就是高成本。然而，随着整车动力电池包越来越大、电机最大功率/峰值扭矩越来越高，SiC MOSFET的优势就越显著。

三、800V系统，隔离芯片量价齐升

◾电动汽车需求大量的隔离芯片。与燃油车相比，新能源汽车的电气化程度更高。出于安全和设备保护的需求，数字隔离类芯片也更多地应用于新能源汽车高瓦数功率电子设备中，包括车载充电器（OBC）、电池管理系统（BMS）、DC/DC 转换器、电机控制驱动逆变器、CAN/LIN 总线通讯等汽车电子系统，成为新型电子传动系统和电池系统的关键组件。因此，新能源汽车新增了多种数字隔离类芯片产品的需求。

◾800V需要增加更多的隔离芯片，要求也更高。以电机驱动为例，电控单元（ECU）和电机控制器之间的CAN 通讯需要隔离芯片，功率管和控制器之间需要隔离栅极驱动器，电机驱动的电流采样需要隔离ADC/隔离运放。除了对隔离芯片数量需求的提升，新能源汽车还提升了对隔离技术的要求。电池功率密度的提高带来了电池工作电压的提高，纯电汽车（EV）或各种形式的混合动力电动汽车（HEV）的高压电池可达到200V-400V，甚至更高到800V，同时具有较高的运行温度，这要求数字隔离芯片具有高耐压的特性以及满足车规级温度要求，传统的光耦隔离已经不能应对在高温环境下工作的需要。此外，汽车内部设计简单化发展要求数字隔离芯片具有高集成度，集成了接口、驱动、采样等功能的隔离芯片更具优势。

◾车载逆变器需要大量的数字隔离芯片、隔离运放及智能隔离驱动芯片。车载主逆变器负责新能源汽车主电机控制系统，是新能源汽车中的一个最关键模块，主要负责车辆的驾驶行为和行驶效率。同时，主逆变器还可以将制动再生的能量回馈给电池进行充电，新能源汽车的最大行驶里程与主逆变器的效率息息相关，车载逆变器需要大量的数字隔离芯片、隔离运放及智能隔离驱动芯片等。

◾OBC功率密度越高，隔离芯片的价值量越高。车载充电器内置在新能源车辆内，用于停车时从交流电网为车载高压电池进行充电的系统。所使用电池通常为400V以上，高电压到800V，并且向更高电压与更高电池串数发展。为了实现更加快捷与轻便的车载充电方案，充电功率新趋势由6.6kW升级到11kW。通常情况下，电流从电网到电池单向流动，但是也有双向流动的设计方案。这需要大量的隔离电压、隔离电流检测，隔离驱动与隔离通信的芯片。OBC功率密度越高，隔离芯片的价值量越高。

◾800V系统隔离芯片量价齐升。800V电驱动系统使得系统具有更高的瞬态共模干扰，对于逆变器的隔离驱动芯片来说，需要能够承受超过100kV/us的共模瞬态干扰，不然驱动信号容易出错，导致上下桥臂的功率管直通。随着800V电压的提高，系统需要更高的原副边绝缘耐压。这主要体现在两个方面，一个是绝缘工作电压。对于800V电压的系统来说，其跨隔离带的隔离芯片需要承受至少800V的绝缘工作电压，保证至少15-20年的工作寿命。另外隔离芯片的外部爬电距离的要求也比之前有了很大提高。

◾纳芯微有全系列的车规级的加强隔离的数字隔离芯片，包含了数字隔离器、隔离驱动、隔离电压电流采样芯片。这些数字隔离芯片能够承受超过1500V的绝缘工作电压，完全满足800V电驱动系统的要求。另外芯片的绝缘材料CTI等级达到I级，具有8mm的爬电距离，可以满足800V电驱动系统要求的同时使得系统更加小型化，集成度更高。

四、800V系统，薄膜电容及高压直流继电器价值量提升

4.1 薄膜电容电压及最高使用温度要求提高，价值量提升

◾薄膜电容是新能源汽车理想之选。薄膜电容具有耐高压、低损耗、高频特性好、纹波电流耐量高、单位体积的电流密度大等诸多优势，是新能源汽车的理想之选。OBC通常包括整流器电路以及DCDC转换器两大核心部件，前者负责将交流市电转换成充放用的直流电，后者则主要负责生成汽车运行所需的直流电压。在其中，薄膜电容就可以在EMI滤波、DC-LINK、输出滤波与谐振腔等诸多方面进行应用。

◾薄膜电容大容量、耐高压、无极性等性能与优越。以DC-LINK为例，这是一颗负责在OBC整流电路和DCDC转换器之间做电流制成滤波的电容。它的作用原理是吸收DC-LINK直流母线端的高脉冲电流，以防止在DC-LINK的阻抗上产生高脉冲电压，防止负载端受到过电压的影响。而在这种应用场景之下，薄膜电容耐高压、大容量、无极性的特性，就非常适合DC-LINK滤波应用。输出滤波电容也是薄膜电容的擅长领域，输出滤波主要是为了提升OBC直流输出的瞬态响应特性，这就需要电容具有大容量、ESR足够低的特性，而薄膜电容就能很好地满足这两大需求。除了OBC，汽车上还有许多能够应用薄膜电容之处。

◾新能源汽车逆变器，将直流电转换为交流电用于驱动电动机，当电机驱动时电流会急剧上升，需要连接升压电路和逆变器的高压线稳定，此功能即由称为DC-LINK的薄膜电容完成。

◾800V系统对薄膜电容要求提升，价值量提升

◾800V系统采用SiC器件，通过高频化不断推进小型化趋势，大型马达驱动需要电压，逆变器电路前段中使用有升压电路，同时为提高效率，一般会使用两个半导体开关。马达驱动时会迅速流过电流，连接升压电路与逆变器的高压线需要实现稳定化，因此会使用DC LINK的电容器。SiC器件的应用，噪音对策变得越来越重要，根据不同配线电感，有时会发生较大的浪涌电压，因此配线及缓冲电容器相关措施不可或缺。整体来看，800V系统对薄膜电容的使用温度、使用电压会提升，可靠性、稳定性要求也进一步提升，预测价值量也有一定程度的提升。

4.2高压继电器要求提高，价值量提升

◾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。800V系统对高压继电器的要求更高，原来树脂封装的模式不再适用，如果出现问题会出现爆炸，需改用陶瓷封装。高压充电桩配套的高压直流继电器也需要增加陶瓷封装的高压直流继电器。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，价值量也有一定的提升。

五、看好行业细分龙头

5.1投资建议

◾我们认为800V高压系统在电动汽车领域有望快速渗透，看好碳化硅、隔离芯片、薄膜电容及高压继电器重点受益公司。

（1）碳化硅产业链重点公司：斯达半导体、时代电气、三安光电、闻泰科技、山东天岳、晶盛机电、凤凰光学。（2）隔离芯片重点公司：纳芯微。

（3）薄膜电容：法拉电子、江海股份。

（4）高压继电器：宏发股份。

5.2风险提示

◾800V高压系统发展不达预期；

◾快充、超充电桩安装数量不达预期；

◾SiC技术难度较大，国内进展缓慢；

◾全球SiC产能扩张低于预期，供给不达预期；

◾SiC价格居高不下。

来源：

国金电子创新技术研究团队

樊志远（电子首席）/ 刘妍雪 / 邓小路

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