汽车超级快充产业研究

汽车超级快充产业研究1.

高电压平台优势明显，行业趋势确立核心观点：“充电慢”是目前新能源车行业的核心痛点，高电压平台和超充桩是实现大功率

快充的主要方案。近年来，海内外车企和科技巨头纷纷发布高电压平台量产车型和解决方案，

行业趋势逐步确立。高电压平台优势突出，不仅能显著提升充电效率，还有助于提升汽车动

力性能和续航里程。高电压平台车型量产条件基本成熟：从零部件看，车端和桩端的高压零

部件产业链逐步完善，其中车端主要零部件有望于

2021

年年底基本实现量产；从充电桩看，

大功率快充产品已成型，国家电网新招标的大功率充电桩占比大幅提升，2021

年第

1

次招

标中的

160kW充电桩占比接近

40%；从充电标准看，新标准有望于

2021

年发布，直流充

电功率最高有望达到

900kW。1.1.

高电压平台趋势确立，国内外

OEM跑步入场“充电慢”是新能源车行业的核心痛点，高电压平台和超充桩是实现大功率快充的主要方案。

以

2020

年热销的部分纯电动车型为例，其直流快充的理论平均充电倍率约为

1C（即

1

小时

可充满

100%SOC），完成

30%-80%SOC需

30min，NEDC续航里程约为

227km。其中，

Model3

搭配其自建超充桩可实现充电

15min行驶

279km，理论充电倍率约为

1.85C，为行

业较高水平。而在满足国标标准的充电桩下，比亚迪汉

EV的充电速度是主流车型中最快的，

其峰值充电功率可达

120kW，完成

30%-80%SOC仍需

25min。在众多解决方案中，高电压

平台和与之配套的超级充电桩是目前被大多数整车厂看好的主要方案。2021-2022

年，行业

主流企业如华为、比亚迪、吉利等均有望推出高电压平台及相关车型，充电倍率有望达到2C。

届时，“充电焦虑”有望得到显著缓解。近年来，海外整车厂纷纷推出高电压平台车型。2019

年，保时捷率先量产

800V高电压平台

电动车

Taycan，目前最大充电功率可达

270kW，可在

22.5min内完成

5%-80%SOC，后续

版本最高充电功率有望达350kW；2020年，现代集团正式发布E-GMP平台，搭载400V/800V超高压充电系统，可在

18min内完成

0%-80%SOC，可实现充电

5min续航

100km；2021

年，搭载的奥迪自研

PPE平台的

A6

e-tronConcept面世，该平台搭载了

800V高压电气系

统，理想状况下充电

10min续航

300km。国内科技巨头和车企也积极布局高电压平台及解决方案。华为于

2021

年推出业内首个

AI闪

充全栈动力域高压解决方案，计划在

2021

年落地

750V的闪充方案，15min实现

30%-80%SOC；比亚迪于

2021

年发布的

e平台

3.0

搭载

800V闪充技术，充电

5min续航

150km；2021

年，吉利发布量产车型极氪

001，基于

SEA浩瀚架构打造，支持

800V超级

快充，可实现充电

5min续航

120km。1.2.

缓解“充电焦虑”，提高效率，高电压平台优势明显1.2.1.

提升充电效率，高电压平台势在必行充电功率等于电压和电流的乘积，提高电动车单位时间内的充电功率须提升输入电压或电流。

截至

2020

年，国内大部分量产纯电动车型的额定电压均小于

500V，在现有国标直流充电标

准下，纯电车的输入电压越高，即可实现更高的直流充电功率，大大缩短充电时长。假设一辆排气量

2.0

的燃油车百公里油耗

10L左右，加满油仅需

3-5min，可续航

500km；

而根据华为

FC3

闪充解决方案，2025

年充电电压可提升至

1000V，充电功率达到

600kW，

5min即可充电

50kWh，可实现续航约

500km。因此，随着电压平台的提升，加油和充电用

时明显接近。1.2.2.

优势凸显，助力提升整车动力性能、续航里程高电压平台有利于提升动力性能和续航里程在动力性能方面，电压的提升能够有效提高电池放电倍率，匹配驱动系统功率需求，以满足超高的动力需求。以保时捷

Taycan为例，家用电动车的电机峰值功率一般为

100-150kW，

而保时捷

TaycanTurboS整车电机输出功率为

560kW，电压平台为

400V的电池组放电倍

率通常在

2C左右，无法满足

Taycan驱动系统的功率需求，而

Taycan电池组的放电倍率则

能达到

6C。在续航里程方面，在功率不变的情况下，降低电流，能有效降低系统热损耗，从而提升续航

里程。以奥迪

PPE800V高电压平台为例，与

E-tron400V电压平台相比，该平台电机系统

能耗损失降低

50%，对续航里程的贡献增加

10%。此外，高电压平台需要用耐高压的

SiC器件替代原有的

Si基

IGBT，SiC器件可大幅降低能量损耗，现代

E-GMP平台采用了

800VSiC模块，整车续航能力提升约

5%。降低线束成本，实现轻量化新能源汽车的高压线束须承受较大电流，因此需要截面积较大的高压线束，但截面积大的高

压线束刚度强，难以弯曲，不仅在车内难以布局，而且可能在碰撞后刺入驾驶舱，增加安全

风险；此外，截面积越大的高压线束成本越高。相同电压水平下，截面积

6mm2的成本约为

2.5mm2

的

1.5

倍。因此，在用电功率相同的前提下，电压等级提高能有效减小高压线束截

面积，确保行车安全，降低线束重量，节省安装空间，提高整体高压系统布线水平，并达到

有效降低线束成本的效果。1.3.

高电压零部件供应链逐渐成熟，快充桩布局已就位1.3.1.

高压架构零部件产业链逐步完善高压架构下，电池包、电驱动、PTC、空调、车载充电机等都需重新适配，对产业链上下游

有重要影响。从全产业链角度看，主要高压零部件有望于

2021

年年底基本实现量产。从车端看，目前

PTC和空调已实现量产，高压

OBC、DC/DC、快充电池、高压

BMS以及

高压电驱动预计于

2021

年量产。具体来看，日立和马瑞利已为

Taycan800V电压平台设计

电驱动部件，华为、博格华纳、汇川技术等陆续发布

800V电驱动系统，而采埃孚也将于

2021

年在中、欧两地批量生产

800VSiC三合一电驱动系统；华为、德尔福及部分车企自研高压

集成单元，已具备高冷却性能和高耐压化性能；翰昂、马勒、美的威灵、海立、奥特佳、科

博尔、华工新高理和比亚迪已具备制造

800V电动压缩机或

PTC的能力；巴斯巴、永贵、中

航光电、泰科等供应商也已具备量产

800V线缆及端子的能力。从桩端看，高压零部件的成熟度比车端高，充电枪、线、直流接触器和熔丝等需重新选型，

目前均有成熟产品。从充电模块看，优优绿能、华为、英飞源、永联等国内充电模块主流企

业陆续发布了充电范围宽至

1000V的充电模块，其中，华为推出

HUAWEIHiCharger直流

快充模块，可解决充电行业运营成本高、设备生命周期短的痛点。1.3.2.

大功率快充产品已成型，大功率充电桩占比大幅提升国内充电桩企业已布局大功率快充产品。特来电

300kW一体式直流双枪充电单桩既可实现

300kW双枪快充，同时可以满足

150kW群充充电需求，输出电压最高可达

750V；星星充

电自主研发的

500kW大功率液冷充电系统可让车辆于

10min内充满电，能有效提高电桩转

换效率，并显著降低电损，目前已与保时捷产品完成对口测验；万马爱充旗下产品智慧充电

树

V1

和

V2

充电功率在

240kW-480kW，直流输出电压高达

750V。国家电网作为快充桩营运龙头，同时是国内最大的充电桩公开招标企业，其招标需求对行业

具有风向标意义。近年，国家电网招标的大功率充电桩数量呈现明显上升趋势。2018

年第

一次招标中

7kW、60kW、120kW和

200kW分别占比

25.85%、39.73%、26.33%和

0.91%，

而

2021

年第一次招标中没有

80kW以下，80kW和

160kW分别占比

55.92%和

39.51%，

480kW占比达到

2.18%，大功率充电桩占比大幅提升。从电压上看，目前国家电网招标充

电桩的充电模块已可兼容

DC200V-750V，未来将主要开发

750V并提前研发

950V的充电模

块。1.3.3.

ChaoJi技术发布，为大功率快充时代到来奠定基础2020

年

6

月，国家电网有限公司与日本

CHAdeMO协议会分别发布电动汽车

ChaoJi传

导充电技术白皮书和

CHAdeMO3.0

标准，标志着

ChaoJi充电技术迈入标准制定与产业应

用新阶段。ChaoJi充电技术是一套完整的电动汽车直流充电系统解决方案，针对国际上现有

充电系统存在的问题，在充电安全、充电功率、结构设计、向前兼容性及未来应用等方面进

行了全面提升。兼容国内

GB/T标准的版本有望于

2021

年发布。在新标准下，直流充电桩

的最大电流有望达

600A，最高电压有望达到

1500V，直流充电功率最高可达

900kW。2.

龙头企业纷纷入场，超级快充时代到来核心观点：龙头企业纷纷入场高电压平台，华为推出首个

AI闪充全栈动力域高压平台解决

方案，2021

年落地的

FC1

闪充方案，充电

15min可实现

30%-80%SOC；保时捷于

2019

年推出首款搭载

800V电压平台的纯电动量产车；比亚迪发布

e平台

3.0，搭载

800V高压闪

充技术；广汽发布超级快充电池技术，其中3C快充电池系统充电

16min可完成

0%-80%SOC，

预计今年

9

月投产；吉利发布极氪

001，搭载

800V高电压平台；长城旗下蜂巢能源发布蜂

速快充电池，其中第二代蜂速快充电池支持

800V的高压电气架构，充电倍率达到

4C。2.1.

华为：推出首个

AI闪充全栈动力域高压平台解决方案2021年4月，华为推出首个AI闪充全栈动力域高压平台解决方案，计划于2021年落地750V、

200kW的

FC1

闪充方案，充电

15min可实现

30%-80%SOC；2023

年落地

1000V、400kW的

FC2

闪充方案，充电

7.5min可实现

30%-80%SOC；2025

年落地

1000V、600kW的

FC3

闪充方案，充电

5min可实现

30%-80%SOC。该解决方案包括高压车载充电系统、高压异步电驱动系统、高压同步电驱动系统、高压电池

管理系统、直流快充模块、三电云和高压热管理系统。在驱动系统上，华为提供了业界首个

前异后同的高压四驱解决方案。该方案可实现零百加速

3.5s，NEDC效率提升

3.5%，在相

同电池容量下，续航里程提升

5%。目前，搭载该款

AI闪充高压解决方案的北汽极狐阿尔法

SHI版本有望于第四季度开始小批量交付。从成本上看，相较于普通充电，华为高压架构下的热管理、电驱动和电源以及线缆辅料的成

本均持平，只有电池系统的成本上升<5%，而整车成本上升<2%，整车电池包减配是降本路

径之一。此外，在超充桩布局平衡后，整车成本可继续下降。基于高压架构，华为提出一套

3A标准，即

AI+

Fast，AI+

Safety，AI+

Reliability，保证高压

快充安全性。针对整车电池管理系统（BMS）无法精准预警失控风险的问题，华为采用

AI云端系统技术，FC1

方案的

BMS采用“一主两从”布臵方案。在硬件层面，华为通过

BMIC采集芯片，提升

BMU采样的性能和精度，并将采集到的信息传输至车端

BMS和云端：（1）

车端上，BMS基于机理模型，充分考虑“机、电、热”多物理场的模型耦合，避免

因多工况行驶引起的热积累对充电功率的影响。在高压架构和

AI的加持下，充电速度可提升

30%；（2）

云端上，华为云端算法平台不仅能够高频、多维、多量地采集车端数据，同时能借助

AI算法能力实时分析数据，早于车端做出风险预警。

此外，AI模型和机理模型之间可进行耦合迭代，持续优化算法模型，提升预警能力。2.2.

保时捷：首款搭载

800V电压平台的纯电动量产车2019年发布的保时捷Taycan是当前市面上首款搭载800V电压平台的纯电动量产车。目前，

保时捷

Taycan于国内上市的车型共有

Taycan、Taycan4S、TaycanTurbo、TaycanTurboS四个版本，价格在

88.8-179.8

万元不等，续航里程均在

400km以上。其搭载的

800V电压

平台能显著提升充电效率，目前充电功率最高可达到

270kW，充电

22.5min可实现

5%-80%SOC，2021

年充电功率有望提升至

350kW。在

800V高压架构的加持下，TaycanTurboS零百加速达到

2.8s，搭配起步控制超级增压的最大功率也达到

560kW。此外，保时

捷

Taycan于

2021

年在海外上市了新车型

CrossTurismo。从电池包容量看，Taycan和

Taycan4S搭载标准版电池组，由

28

个电池模组（336

个电芯）

组成，采用单层设计，容量为

79.2kWh；TaycanTurbo和

TaycanTurboS则搭载双层大容

量电池组，该电池组由

33

个电池模组组成，每个模组内有

12

个软包电芯，电池组容量达到

93.4kWh；从电池安全防护看，Taycan采用多层桁架式蓄电池框架和

8

根横梁设计；从热管

理看，Taycan采用水冷散热系统，其硬件部分包括

3

个冷却液泵、6

个冷却液阀、2

个风扇

和

10

个冷却液温度传感器，Taycan还可通过空调为水冷系统降温，实现热管理系统的嵌套

式保障。2.3.

比亚迪：e平台

3.0

具备

800V高压闪充技术比亚迪已提前在高电压领域布局。2019

年，比亚迪发布唐

EV600，采用三元锂电池，容量

为

82.8kWh，电池额定电压达到

613.2V，使用

80kW快充桩充电时，30min可实现

30%-80%SOC；2020

年，比亚迪汉

EV正式发布，搭载容量为

76.9kWh的刀片电池，电池

电压约为

570V，实现

30%-80%SOC需要

25min，首次搭载高性能

SiCMOSFET电机控制

模块，助力其零百加速达到

3.9s。2021

年

4

月，比亚迪发布

e平台

3.0，该平台具备

800V高压闪充技术，可实现充电

5min续航

150km。同时，e平台

3.0

搭载全新一代

SiC电控系

统，功率密度提升

30%，最高效率达

99.7%，零百加速提升至

2.9s。2.4.

广汽集团：搭载

3C快充电池车型将于年内量产2021

年

4

月，广汽集团于“广汽科技日”正式发布“中子星战略”，致力于实现动力电池及

电芯的自主研发及产业化应用，主要包含电芯、BMS、电池包三方面内容，其中电芯方面包

括海绵硅负极片技术和超级快充电池技术。广汽发布的超级快充电池技术，是通过在电池材料加入石墨烯添加剂，从而大幅提升充电效

率和散热性能。具体来看，广汽研发团队通过三维结构石墨烯（3DG）制备技术，提高电极

材料的导电能力；通过涂覆陶瓷隔膜和新型高功率电解液，提高倍率性能和热稳定性，倍率

充电测试目前已满足

6C充电要求；此外，高效的散热设计保证电芯在安全的温度区间运行。广汽此次发布的快充电池共有两个版本：（1）3C快充电池系统：该电池续航超

500km，完

成

0%-80%SOC需要

16min，完成

30%-80%SOC需要

10min，采用双层液冷系统，兼容现

有快充站，将首先应用在

AIONV车型上，预计

9

月份投产；（2）6C超级快充电池系统：

该电池最大电压达

900V，最大充电电流>500A，完成

0%-80%SOC仅需

8min。2.5.

吉利：正式发布极氪

001，支持

360kW超级快充2021

年，吉利正式发布基于浩瀚

SEA架构的极氪

001，该车型共有超长续航单电机

WE版、

长续航双电机

WE版和超长续航双电机

YOU版三个版本，价格在

28.1-36

万之间，长续航

版和超长续航版的电池包容量分别为

86

和

100kWh，续航里程最高可达

712km，零百加速

可达

3.8s。搭载

800V高电压平台的极氪

001

可实现充电

5min续航

120km，且支持最高

360kW超级快充。此外，极氪还布局充电站和充电桩的建设。2021

年，极氪有望建成

290

座充电站和

2800

个充电桩。2023

年底，极氪充电站累计建设数量有望达到

2200

座，充电桩累计建设数量将

达到

20000

个。极氪充电地图不仅囊括自建桩，还将接入第三方公共充电网络。未来随着充

电版图的扩张，极氪将实现用户在途和在家的补能全场景覆盖。2.6.

长城汽车：4C快充电池将于

2023

年量产蜂巢能源推出全新快充技术和对应电芯2021

年

4

月，长城旗下的蜂巢能源携旗下全系列电池产品亮相，并推出全新的快充技术和

对应电芯。其中，第一代

2.2C蜂速快充电池的电芯容量为

158Ah，能量密度

250Wh/kg，

充电

16min可实现

20-80%SOC，2021Q4

有望量产；第二代

4C快充电池充电

10min可实

现

20%-80%SOC，电池功率>2400W，电池容量

165Ah，能量密度>260Wh/kg，快充循

环>1500

次，有望于

2023Q2

量产。该产品装车电池电量可超过

100kWh，可满足

450kW+

的四驱高功率放电，支持

350kW以上的充电桩和

800V的高压电气架构性能车。快充电池正极方面采用三项技术：（1）

采用前驱体定向生长精准控制技术，通过控制前驱体合成参数，一次粒径放射状生长，

打造离子迁移“高速公路”，提高离子传导，降低阻抗

10％以上；（2）

多梯度立体掺杂技术，体相掺杂及表面掺杂多元素协同作用，稳定高镍材料晶格结构，

同时降低界面氧化性，循环提升

20％，产气降低>30％；（3）

柔性包覆技术，基于大数据分析及仿真计算，筛选适配高镍材料体积变化大的柔性包

覆材料，抑制循环颗粒粉化，产气降低>20％。电池负极应用了四项先进技术：（1）

原料种类及选择技术：选取各项同性，不同结构、不同类型的原材料进行组合，使其

极片

OI值由

12

降低为

7，动力学性能得到提升；（2）

原料破碎整形技术：采用小骨料粒径组成二次颗粒，并复配一次颗粒，实现合理的粒

径搭配，降低其副反应，循环性能和存储性能提升

5-10%；（3）

表面改性技术：采用液相包覆技术石墨表面包覆无定形碳，降低阻抗，提升锂离子的

通道，使其阻抗降低

20%；（4）

造粒技术：精确控制粒径间的形貌、取向等造粒技术，使得满电膨胀率降低

3-5%。电解液方面，通过采用含硫添加剂/锂盐添加剂等低阻抗添加剂体系，降低正负极界面成膜阻抗，同时较高的锂盐浓度，保证了电解液较高的电导率；隔膜方面，采用高孔隙陶瓷膜，提

升隔膜导离子能力同时可兼顾耐热性，达到快充及安全的平衡；极片方面，极片制备上通过

采用多层涂覆工艺，实现高能和快充两大优点；结构件方面，为了在满足

600A大电流过流

能力的条件下，尽可能地减轻电池重量。蜂巢通过使用

COMSOL软件仿真了结构件的过流

能力和温度分布，优化设计后快充过程中结构件的温度小于

60℃。3.

高压系统架构变革，功率器件迎来新机遇核心观点：目前，能够实现大功率快充的高压系统架构共有三类，2023

年前多数主机厂将

采用高压电池组串并联模式；2023

年后，随着高压部件成本下降，全系高压架构将成为未

来主流。此外，当前超级充电桩尚未普及，高电压平台车型须额外配臵升压器将

400VDC转换为

800VDC充入

800V电池组。随着电压平台的提升，电动汽车对零部件的性能要求明

显升高，功率器件变化显著。SiC功率器件凭借其耐高温、耐高压以及高频率的性能优势，

将被广泛应用于

OBC、DC/DC和电机控制器等高压部件中。我们预计

2025

年国内新能源

汽车

SiC功率器件的市场规模有望达到

60

亿元。3.1.

高压系统架构：三类架构可实现大功率快充，全系高压架构将成主流3.1.1.

三类高压系统架构可实现大功率快充根据EnablingFastCharging：ATechnologyGapAssessment，目前预计能实现大功率快充的高压系统架构共有三类：（1）

电池包、电机以及充电接口均达到

1000V，车中只有

1000V和

12V两种电压级别的

器件，OBC、空调压缩机、DC/DC以及

PTC均重新适配以满足

1000V高电压平台。

该架构不仅对电池系统安全要求很高，而且需要车上主要高压部件的功率器件全部由

Si基

IGBT替换成

SiCMOSFET，短期成本较高；（2）

采用两个

500V的电池组，通过高压配电盒的设计进行组合使用。大功率快充时，两

个电池组可串联成

1000V平台；在汽车运行时，两个电池组并联成

500V平台，以

适应

500V的高压部件，该方案的优势在于不需要

OBC、空调压缩机、DC/DC以及

PTC等部件在短时间内重新适配，成本相对较低。但由于两个电池组可能有不同的

阻抗和温度条件，从而导致充电状态不平衡，因此该架构需要较为复杂的电池管理系

统和电子技术将电池组在串联、并联之间转换；（3）

整车搭载一个

1000V电池组，在电池组和其他高压部件之间增加一个额外的

DC/DC将

1000V电压降至

400V，车上其他高压部件均采用

400V电压平台。3.1.2.

保时捷

Taycan搭载四个电压平台保时捷

Taycan所使用的高压架构类似于上述第一类，不同的是

Taycan搭载了

800V、400V、

48V、12V共四个电压平台，并且配备多个

DC/DC转换器将

800V电压转换成其余电压，以

及在前翼子板上两边配备一个标准直流快充接口（驾驶侧）和一个交流慢充接口（副驾驶侧），

交流慢充接口通过车载充电机将交流电转换至

800V直流电充入动力电池。Taycan的四个电压平台各有用途：（1）

Taycan通过

800V电压平台实现了最高

270kW的充电功率，同时也实现了最高配

TurboS560kW的整车电机输出功率，放电倍率达到

6C；（2）

400V电压平台和充电接口的存在主要是为了解决目前高压大功率充电桩还未普及的

问题。其次，由于暂时没有供应商给保时捷提供

800V的电空调压缩机，只能配备

DC/DC将

800VDC降至

400VDC以供空调压缩机使用；（3）

48V电压平台是专门为

PDCC动态底盘控制而设计，为使得车辆底盘操控可变而设

计的一整套包括可调阻尼、空气弹簧、主动稳定杆在内的系统；（4）

12V电压平台主要是用在车身电子、娱乐设备、控制器等零件，为此配备磷酸铁锂

电池。保时捷

Taycan的高压架构对于当前高电压平台车型具有借鉴意义，当前配套

800V电压平

台车型的基础设施尚未完全普及，短期量产的高电压平台车型通常会选择搭配多个电压平台

以匹配现有充电设施。此外，我们预计在

2023

年前大部分主机厂将采用上述第二类架构；

2023

年后，随着高压部件成本下降，第一类架构将成为未来主流。3.1.3.

800V电压平台须配备升压转换器在

400V电压平台上，交流电依据电池管理系统（BMS）提供的数据，经车载充电机（On-BoardCharger）转化为可供动力电池使用的直流电，对新能源汽车的动力电池进行充电；直流电

则通过直流充电口直接向电池组充电。而在

800V电压平台上，为兼容现有的

400V直流快

充桩，电动汽车须额外配备升压转换器将

400V直流电升压至

800V充入动力电池。当

800V充电桩大规模普及，该升压转换器将被取消。从保时捷

Taycan来看，800VDC经过

PDU（高压配电盒）直接充入动力电池组，充电功率

为

270kW；400VDC充电电源需通过内臵升压单元（Boosterunit）的直流充电机（On-boardDCcharger）转换为

800VDC用于电池组，最大充电功率为

150kW；而

240VAC则通过

交流充电机（On-boardACcharger）转换为动力电池可以使用的直流电，对汽车动力电池

进行慢速充电，充电功率可达

11kW。从现代

E-GMP平台来看，据现代集团，不同于其他品牌车型需要单独安装一个内臵升压器的车载充电机将

400VDC转换为

800VDC供汽车电池组使用，消费者需额外付费，且车辆

将增重约

20kg。E-GMP平台的多重充电系统（Multi-ChargingSystem）则先经过特殊的整

合式电动马达/升压器（Motor/Inverter）将

400VDC升压为

800VDC，再对高压电池组进行

充电，其优势是能降低成本与重量。3.2.

功率器件：SiC优势明显，高电压平台不可或缺3.2.1.

功率器件在新能源车中具备重要作用，占车用半导体成本比重大功率半导体具有改变电压和频率、直流交流转换等的作用功率半导体是电子装臵中电能转换与电路控制的核心，主要作用包括改变电子装臵中电压和

频率、直流交流转换等。功率半导体可分为功率分立器件和功率

IC，其中功率分立器件分为

不可控制器件二极管、半控制器件晶闸管和全控制器件

IGBT/MOSFET/BJT。以

IGBT和

MOSFET为主的全控制器件是带有控制端的三端器件，其控制端不仅可控制开

通，也能控制关断。IGBT和

MOSFET的具体作用如下：（1）

MOSFET（金属氧化物半导体场效应管）具有高频、输入阻抗高、驱动简单、控制

功率小等特点。在汽车电子领域，MOSFET在电动发动机辅助驱动、电动助力转向

及电制动等动力控制系统，以及电池管理系统等功率变换模块领域均发挥重要作用。（2）

IGBT（绝缘栅双极晶体管）是由双极型三极管

BJT和

MOSFET组成的复合全控型

电压驱动式功率器件。IGBT不仅具有上述

MOSFET的特点，还具有

BJT导通电压

低、通态电流大、损耗小的优点。IGBT稳定性稍弱于

MOSFET，但具有更高的耐压

性，在高压环境下传导损耗较小。IGBT的开关特性可以实现

DC和

AC之间的转化

或者改变电流的频率，有逆变和变频的作用。功率器件在新能源车中用途广泛，新能源车单车成本约为

265

美元。在新能源汽车高压部件

中，MOSFET、IGBT等功率器件主要应用于电机驱动、OBC、DC/DC变换、电空调驱动等，

其中用量最大的是电机驱动。据

CASAResearch，平均一辆传统燃油车使用的半导体器件

价值为

355

美元，而新能源汽车使用的半导体器件价值为

695

美元，增加近一倍，其中功率

器件增加最为显著，由

17

美元增加至

265

美元，增加近

15

倍。3.2.2.

SiC材料优势明显，器件性能显著优于

Si器件SiC器件具备高频、耐高温、耐高压的性能优势在工作过程中，电机控制器会在直流母线电压基础上产生电压浮动。因此，在

450V直流母

线电压下，IGBT模块承受的最大电压应在

650V左右，若直流母线电压提升到

800V以上，

对应的功率器件耐压水平则需提高至

1200V左右。目前主流

Si基

IGBT在

800V高电压平

台上存在着损耗高、效率低的缺点。SiC功率器件不仅在耐压和损耗水平上都能满足

800V电压平台的需求，还具备进一步拓展

至

1200V电压平台的潜力，SiCMOSFET功率半导体正被逐步运用到高电压平台上。总体

上，对比硅基器件，SiC功率器件主要有三大优势：（1）

耐高温、高压：SiC功率器件的工作温度理论上可达

600℃以上，是同等

Si基器件

的

4

倍，耐压能力是同等

Si基器件的

10

倍，可承受更加极端的工作环境；（2）

器件小型化和轻量化：SiC器件拥有更高的热导率和功率密度，能够简化散热系统，

从而实现器件的小型化和轻量化，SiC器件体积可减小至

IGBT整机的

1/3-1/5，重

量可减小至

40-60%；（3）

低损耗、高频率：SiC器件的工作频率可达

Si基器件的

10

倍，且效率不随工作频率

的升高而降低，可降低近

50%的能量损耗，同时因频率的提升减少了电感、变压器

等外围组件体积，从而降低了组成系统后的体积及其他组件成本。具体从新能源汽车上看，SiC功率器件凭借其优势在电机驱动、OBC、充电桩和

DC/DC中

发挥着重要的作用：（1）

电机驱动：SiC功率器件可提升控制器效率、功率密度以及开关频率，通过降低开关损耗和简化电路的热处理系统来降低成本、重量、大小及功率逆变器的复杂性；（2）

OBC和充电桩：SiC功率器件可提高电池充电器的工作频率，实现充电系统的高效

化、小型化，并提升充电系统的可靠性。充电模块的工作环境具有高频、高压和高温

的特点，与

Si基器件相比，SiC器件更适于此类工作环境；（3）

DC/DC：SiC功率器件可缩小电路的尺寸，降低重量，减少无源器件的成本，在满

足冷却系统的需求的同时大大降低整个系统的重量和体积。3.2.3.

2025

年中国新能源汽车

SiC器件市场规模有望达

60

亿元零部件及整车企业纷纷布局

SiC器件2018

年，特斯拉

Model3

成为全球首个将

SiCMOSFET器件应用于主驱动逆变器的车型；

2019

年，华为旗下哈勃投资入股第三代半导体材料碳化硅制造商山东天岳；2020

年，意法

半导体推出从

SiC功率器件到逆变器系统的完整解决方案；2020

年，比亚迪汉

EV搭载其自

主研发、制造的

SiCMOSFET，使其零百加速达

3.9s。2021

年

4

月，比亚迪

e平台

3.0

将

搭载全新一代

SiC电控系统，功率密度提升

30%，最高效率

99.7%。据比亚迪官网，预计

到

2023

年，比亚迪将在旗下的电动车中，实现

SiC基车用功率半导体对硅基

IGBT的全面

替代。SiC价格逐年下降，性价比拐点有望于

2022-2023

年到来从

SiC模块价格上看，据

CASAResearch，2019

年

1200V的

SiC器件为

Si基器件的

5-6

倍。随着产能扩张摊薄固定成本、技术进步提高良率、拉速及有效长度，预计其成本将继续

快速下降，其性价比拐点有望在

2022-2023

年到来；从高压部件成本上看，SiC可以提高

3%-5%的逆变器效率，开关损耗可降低

80%，并降低电池容量、尺寸及成本，而由于

SiC的热性能，制造商还可以降低冷却动力总成部件的成本，对电动汽车的重量和成本产生积极

的影响。据科锐（Cree）预测，电动汽车上的

SiC逆变器能通过增加

5%-10%的续航节省

400-800

美元的电池成本（80kWh电池，102

美元/kWh），与新增

200

美元的

SiC器件成本

抵消后，能够实现至少

200

美元的单车成本下降；从整车成本看，当

SiC模块成本下降至当

前

Si-IGBT成本的

2

倍时，应用

SiC器件的整车成本应不高于搭载

Si-IGBT的整车成本。2025

年国内新能源汽车

SiC市场规模有望达

60

亿元功率半导体市场上，Si基技术仍将在未来一段时间占主导地位，而SiC将会有很大的增长点。

受益于高电压平台车型的普及，新能源汽车中

SiC功率器件的市场规模将大幅增长。我们预

计

2021-2025

年国内新能源汽车

SiC功率器件市场空间约为

7/13/19/33/60

亿元，2022-2025

年同比增速约为

85.04%/52.14%/69.51%/81.67%。核心假设：国内高电压平台车型销量：2021

年，国内量产的高电压平台车型包括极氪

001、比亚迪汉

EV、北汽极狐阿尔法

SHi版等，我们预计全年销量有望达到

7

万辆。据工信部规划，2025

年新能源汽车新车销量占总销量的

20%左右，预计销量有望达

500

万辆，我们假设其中的

300

万辆将搭载

800V以上高电压平台。2021-2025

年，我们预计国内高电压平台车型销量

约为

7/31/73/148/300

万辆，2022-2025

年同比增速约为

335.4%/137.7%/101.8%/102.3%。国内新能源汽车

SiC功率器件单车价值量：我们保守估计

2025

年

SiC功率器件单车价值量

将下降至

2000

元左右。3.2.4.

SiC功率器件产业链较长，中国企业加速布局碳化硅产业链包括衬底、外延、器件及应用以碳化硅材料为衬底的产业链主要包括碳化硅衬底材料的制备、外延层的生长、器件制造以

及下游应用市场。具体从各环节来看：（1）

衬底环节：备制

SiC衬底的过程较为复杂，主要是在

2200℃以上的高温环境下把硅

粉和碳粉混合、升华、分解成气相物质，再在籽晶上进行冷凝形成约

3-4cm的碳化

硅晶碇，通过对晶锭进行切割、打磨、抛光，最终形成

SiC单晶衬底；（2）

外延环节：导电型碳化硅衬底主要应用于制造功率器件。与传统硅功率器件制作工艺

不同，碳化硅功率器件不能直接制作在碳化硅衬底上，需在导电型衬底上生长碳化硅

外延层得到碳化硅外延片，并在外延层上制造各类功率器件。（3）

器件和下游应用市场：功率器件又被称为电力电子器件，是构成电力电子变换装臵

的核心器件。功率器件主要包括功率二极管、功率三极管、晶闸管、MOSFET、IGBT等，主要应用于电动