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汽车行业专题研究报告 800V架构渐近引领电动产业链革新

2023-12-31 08:24:26 来源：搜狐

简介:（报告出品方/作者：华创证券，张程航）一、800V高压平台渐近，加快解决续航、充电焦虑问题（一）电动车 800V 高压平台正逐步落地因动力源差异，燃油车和电动车

（报告出品方/作者：华创证券，张程航）

一、800V高压平台渐近，加快解决续航、充电焦虑问题

（一）电动车 800V 高压平台正逐步落地

因动力源差异，燃油车和电动车的电压平台差异大。燃油车动力源来自内燃机，车用电器对输出功率要求不高，低电压平台即可满足：1918 年，蓄电池首次引入汽车；1920 年得到普及，电压仅为 6V。随着车载电器增多，车企相继推出 12V-48V 等系统，适配以内燃机为主要动力源的车型。而纯电车型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 高压系统通常包括：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。

800V 高压平台车型出现后，国内车企从技术迭代角度开始跟进 800V 架构。保时捷 Taycan 是首款 800V 高压平台的量产车型，已将最大充电功率提升至 350KW，可以在大约 23 分钟内，把动力电池从 5%充至 80%，相当于 300 公里的续航能力。同等功率下，当电压从 400V 提升到 800V 后，工作电流将降低一半，进而线束体积、功率损耗均有下降。国内车企目前纷纷跟进 800V 高压平台架构，有望在 2022 年陆续实现量产：

1）比亚迪：2021 年 9 月，上海车展发布 e 平台 3.0，提供 800V 闪充功能，充电 5 分钟可增加续航 150 公里，搭载 800V 平台的车型有望 2022 年量产。

2）吉利极氪：2021 年 9 月，发布子品牌极氪，充电桩最大功率达 360KW。极氪 001 采用的浩瀚架构具备 400V 和 800V 两种电压架构，10%-80%SOC 充电时间仅需 30 分钟，充电 5 分钟续航可增加 120 公里。搭载 800V 的产品有望在 2022-2023 年亮相。

3）北汽极狐：2021 年 4 月，发布极狐αS Hi 版，具备 800V 充电架构，2.2C 闪充技术能实现 10 分钟补充 196 公里续航的电量，30%-80%SOC 充电时间仅为 15 分钟。

4）广汽埃安：2021 年 8 月，发布 A480 超充桩，峰值电压 1000V，电流 600A，未来将超倍速电池技术搭载于 AION 系列车型，可做到充电 5 分钟，续航 200 公里。

5）东风岚图：2021 年 9 月，发布最新 800V 高压超级快充技术，在 360KW 超级充电桩的加持下，充电速率可提升 125%，可实现充电 10 分钟，续航 400 公里。

6）小鹏汽车：2021 年 10 月，公布首个量产的 800V 高压 SiC 平台，充电峰值电流超过 600A，采用高能量密度、高充电倍率电池，充电 5 分钟最高可补充续航 200 公里。

7）现代：2020 年 12 月，发布 E-GMP 平台，标配 800V 系统同时配套 800V 超高速充电基础设施，可实现 14 分钟快充 80%，充电 5 分钟可行使约 100 公里。

（二）800V 方案是降低续航及充电焦虑的主流选择

新能源汽车普及过程中，续航和充电速度是两大短板。相较于燃油车，大部分新能源汽车续航里程低于 600 公里，普遍低于燃油车的续航里程，较难满足城际间长里程行驶需求。另一方面，现有的充电技术需要消费者等待 40 分钟甚至更久才可充满，而燃油车的加油过程仅需要 5 分钟，对比之下补能效率更低。续航里程和充电速度是两大短板，制约新能源汽车对燃油车的替代。车企的解决方案包括：提升带电量、提高补能效率。

提升带电量能够缓解续航问题，但边际效益递减。HEV、PHEV、EREV 车型通过燃油的方式提高续航水平。纯电车型可通过增加电池带电量实现高续航目的，目前特斯拉 Model 3 高性能版 CLTC 标准的续航里程达 675 公里。但电池是新能源车价值量最高的部件，带电量提升会导致边际成本和整车重量增加，购车成本与整车功耗也将随之增加。

提高补能效率，主流解决方案有两种：换电、大功率快充。

1) 换电：换电把新能源车充电时间替换成换电时间，代表企业有蔚来汽车，其二代换电站换电效率已提升至约 5 分钟/车，接近于普通燃油车一次加油的水平。但各品牌车型电池规格不同，换电技术的推广极度依赖于车企自建的换电体系，大规模推广的成本及难度较高。

2) 高电流低电压（400V）充电：根据功率、电压、电流关系公式 = ，其他条件保持不变，充电电压或电流其中任一提高即可提高充电效率。特斯拉、极氪是大电流超充的代表品牌，其中特斯拉 V3 超充桩能在 400V 电压的条件下达到 250kW 的峰值充电功率，15 分钟可补充 Model 3 约 250 公里续航所需电量。

高电流推广难度同样较大。根据焦耳定律 = 2，当通电时间与电阻不变，热量与电流的二次方成正比，大电流快充将大幅增加充电过程中的热量。特斯拉 V3 超充桩峰值工作电流超过 600A，需要使用更粗的线束，同时对散热技术要求更高。目前国内车厂并没有在散热方案上做大幅定制化改动。大电流充电桩同样极度依赖自建体系，推广成本高。另外，目前的大电流模式仅能在 10%-20%SOC 进行最大功率充电，在其他区间充电功率也有明显下降，高效充电并非全程覆盖。

3) 高电压（800V）低电流充电：目前整车普遍使用 400V 架构，切换 800V 架构能够使充电时间减少一半。保时捷 Taycan 是第一台量产的 800V 架构电动车；小鹏最新发布的 G9 是国内首款基于 800V 高压 SiC（碳化硅）平台的量产车，可实现充电 5 分钟，续航 200 公里。

800V 架构使整车具有更高的效率。800V 电压平台推出后，相较于 400V 平台，工作电流更小，进而节省线束体积、降低电路内阻损耗，变相提升了功率密度和能量使用效率。在功率不变前提下，我们预计 800V 平台的推出，续航里程将增加 10%、充电速度将提升一倍以上。当然，实际快充技术的普及需要充电桩功率和电池充电倍率的同步匹配。

二、电气类零部件需要再验证，格局重构下国产替代有望加速

车企应用 800V 平台架构，需要对电气系统零部件重新验证，对功率器件的耐压、损耗、抗热的要求更高。SiC 材料在相关性能上较硅基材料表现更优异，有望迎来大规模普及。考虑供应安全和成本，国产 SiC 器件具备弯道超车的潜力。我们认为 800V 平台对供应链影响主要体现在：

1）单车价值量变化：SiC 材料较硅基产品的高压性能突出，但初期成本较高（部件成本是原来的的 2-3 倍，系统总成本增加 10%-20%），规模化量产后有望逐步降低；2）供应格局变化：新项目带来国产替代机遇，国内供应商的扩产能力、研发服务能力、和产品性价比都更加优秀，有望把握新项目机会快速渗透；3）新技术加速上车：新电压架构的推广也将带动冗余设计的发展，电动新技术有望加速上车，例如油冷电机技术、扁线电机技术等。

根据我们测算，2025、2030 年 800V 行业市场规模有望分别达到 324/878 亿元，其中：电机电控 100/270 亿元，OBC DC/DC 87/235 亿元，连接器及线束 64/172 亿元。2021- 2023 年国内 800V 产业从无到有，2023 年-2025 年复合增速有望超过 70%（爆发增长）， 2025 年-2030 年复合增速约为 20%（稳步增长）。

从竞争格局角度，电机电控（含功率半导体）、连接器及线束方向上市公司较多，未来国产替代有望加速；OBC DC/DC 行业上市公司较少，未来或有新进入者参与竞争（杭州富特、深圳威迈斯）。当前竞争格局并未定型，未来有望孵化多家百亿级细分龙头。

核心假设：1）800V 平台应用 SiC 器件方案，短期推高系统整体成本。2）随着 2023 年 SiC 方案开始量产普及，2023-2025 年年降较快（5%/年）；2025 年2030 年 800V 进入稳定增长，年降 2%/年。（报告来源：未来智库）

（一）零部件需再验证，迎升级/更新机遇

升级 800V 平台需要对零部件重新验证，功率器件要求更高。应用 800V 电压平台需要对现有的电子电器架构重新验证，尤其是功率器件的要求更高。目前车规级的功率半导体主要是硅基 IGBT，应用于新能源汽车电动控制系统、车载空调系统、充电桩逆变器三个子系统中，车内 IGBT 约占整车成本的 7%-10%，是除电池以外成本第二高的元件。 400V 平台架构升级至 800V 平台对功率半导体提出了更苛刻的要求：

1) 耐压：在 450V 直流母线电压下，IGBT 模块承受的最大电压在 650V 左右；在 800V 以上直流母线电压下，功率器件耐压需要提高到 1200V 以上。尽管英飞凌、富士、罗姆等厂家推出了 1200V 耐压的车规级 IGBT，但成本较高并未实现规模化应用。对比之下，SiC 器件在高压下性能更好。

2) 损耗：根据 NE 时代，碳化硅在导通损耗、开关损耗表现方面优于 IGBT，在 400V 母线电压下，应用 1200V 碳化硅模块的整车损耗较 750V 的 IGBT 降低 6.9%；若电压升至 800V，整车损耗将进一步降低 7.6%。

3) 抗高温：在高电压快充方案下，尽管在相同充电功率情况下电流增加幅度较大电流方案要小，但大功率快充需要电压、电流同增，因此发热量增加，对功率器件抗高温能力也提出更高的要求。碳化硅理论上能够在远超 175℃高温的正常工作，较硅基 IGBT 更加适应未来 800V 平台架构的发展。

初期碳化硅成本较高，推高相关零部件价值量。目前具有碳化硅量产能力的厂家数量稀少，主要位于欧美，如科锐、罗姆、意法、博世等，其中科锐市场份额最大。早期碳化硅器件价格高于硅基 IGBT，量产后或能降至 IGBT 的 2 倍左右。800V 平台架构的升级带来核心功率器件的切换，核心部件成本上升短期将推高电动控制系统、车载空调系统、充电桩逆变器等部件的单车价值量。

目前碳化硅实际应用较少，国产 SiC 器件有望迎来发展机遇。欧美新能源汽车碳化硅技术集中批产时间多数在 2024 年，欧美晶圆厂商产能扩张规划基本与之匹配，目前仅特斯拉 Model 3 与比亚迪汉实际应用碳化硅功率器件。而根据国内新能源车升级 800V 平台计划，2023 年碳化硅器件需求旺盛。相较于硅基 IGBT，不少国产供应商具备 SiC 的研发量产能力，未来有望快速扩产响应国内新能源汽车的外溢需求。

受碳化硅应用与系统升级影响，我们预计以下零部件成本会相应变化：

1) 电机电控：800V 平台或要求电机控制器应用的功率器件从硅基 IGBT 升级至碳化硅 MOSFET，短期成本相应上升；但碳化硅的应用将减少电机系统的功耗、提高功率密度，因此整体结构缩小、壳体线路布局优化，单电机的成本将有所下降。若考虑零部件供应商借此机会推出一些新的电机技术（油冷、扁线电机），我们预计电机成本有所增加，电驱系统（电机、电控、减速器）单车价值增加 10-15%。

2) 电池：碳化硅应用将提高整车效率，电池做功效果预计能提高 20-25%，在同等续航要求的情况下，电池带电量得以下降，我们预计能够降低电池 2-3%成本。但车企后续也将推出更高带电量的电池，这部分成本的下降难直观反映。

3) DC/DC OBC：该集成部件主要构成为功率器件，我们预计碳化硅的应用将使其成本在 2000-3000 元的基础上提高 10-15%。

4) 连接器线束：平台架构从 400V 升级至 800V 要求连接器重新选型，连接器数量可能增加（增加大功率快充接口）；在同等功率条件下，电压提高，电流减小，线缆耐压性提高、体积减下；我们预计连接器线束综合成本将由约 2000 元小幅上升。

5) 滤波系统：主要包括电容和磁环，原滤波系统基于 400V 架构设计，升级 800V 后 EMC 辐射量会变化，整车滤波系统需重新设计。

6) 继电器：升级 800V 平台要求继电器耐压性提升，现有部分继电器能够兼容高电压，若更换非兼容高电压继电器，预计成本增加 5-10%。

（二）核心环节弯道超车，国产替代有望加速

行业层面：国内新能源汽车单月渗透率一度突破 20%，预计 2021-2022 年新能源乘用车销量分别达到 320/500 万辆。而在 IGBT、碳化硅、车用芯片、连接器、电容等领域，国外厂家如英飞凌（IGBT）、科锐（SiC）、罗姆（SiC）、泰科（连接器）、EPCOS （电容）等占据头部地位。在海外电动化速度慢于国内、疫情反复的背景下，国内电动车企的量产和研发需求被滞后。车企有诉求寻找供应商保护供应安全、加快技术迭代。