800V高压快充新技术系列报告（一）：国产高压快充车型元年，带动车端器件升级

证券研究报告 国产高压快充车型元年，带动车端器件升级 2023年8月4日 作者：光大电新 殷中枢 / 陈无忌 ——800V高压快充新技术系列报告（一） 请务必参阅正文之后的重要声明 目 录 整车快充：“里程焦虑”下日益凸显的新需求 高压快充：“800 V + 4C”的未来主流升级途径 面向“800 V+”的系统架构与结构端升级 1 投资建议 风险分析 请务必参阅正文之后的重要声明 2 整车快充：“里程焦虑”下日益凸显的新需求 1 面向整车消费需求，快充技术加速布局 新能源汽车整车消费的关键指标：续航里程、补能时效性、价格波动。 电流提高受制于 250A 的国际标准（若车企自建充电桩，则不受此限制），400V 电压下充电功率不超 100kW；业界一般认为500A是车规级线束接插件的极限，400V系统下200kW左右的充电功率会成为很多车辆设计的极限；而800V高压系统可以将极限突破到400kW。 资料来源：《A review on energy chemistry of fast-charging anodes》，光大证券研究所 图1：快充技术发展路线图 资料来源：国家电网、中电联等，《电动汽车ChaoJi传导充电技术白皮书》，光大证券研究所整理 表1：中国 ChaoJi 快充标准发展历程 时间 依托单位 事件 2020 中电联、国家电网 发布《电动汽车ChaoJi传导充电技术白皮书》 2019 中电联 在北京、 上海、 南京等地建成投运大功率充电示范工程，开展了实车测试，实现最大输出电流 500A，输出电压 200V～750V，输出功率 360kW；正式命名“Chaoji充电技术”。 2018 中电联 新一代充电接口在大功率充电技术研究、样机研制方面取得突破；确定了七针方案的新型充电技术接口和方形端面的设计方案；与日本 CHAdeMO 协会签署了技术和标准合作协议。 2017 能源行业电动汽车充电设施标准化技术委员会 初步确定了我国新一代支持大功率充电技术的充电接口的发展路线和技术要点，开展了新一代充电接口方案可行性论证；与德国签署了开展大功率充电技术及标准合作协议。 2016 中电联、国家电网 召开了第一次大功率充电技术研讨会，开启了我国大功率充电技术的预研工作，针对大功率充电技术合作开展了系列研究。 请务必参阅正文之后的重要声明 目 录 整车快充：“里程焦虑”下日益凸显的新需求 高压快充：“800 V + 4C”的未来主流升级途径 面向“800 V+”的系统架构与结构端升级 3 投资建议 风险分析 请务必参阅正文之后的重要声明 4 技术起步：高功率化，基于大电流的快充 2.1 快充可行性：大电流快充的技术起步 快充是指在较短时间内使电池达到或接近完全充电状态，系统功率更大，因此可以通过增大电流或提高电压的方式。 特斯拉选大电流路线的原因：车端改动比高电压路线少一些，更重要的是对电网的改造小，在海外更容易推行。 相比于特斯拉采取的大电流路线，高电压路线由于实际中支持更长时间快充、不受散热问题的限制从而不需直径更大的线缆、更大通流能力的直流接触器、直流保险、PDU 等，受到欧洲与国内许多车企的青睐。 图2：不同充电功率下达到70%充电状态的时间 资料来源：《Enabling fast charging – A battery technology gap assessment》 图3：不同车型大电流/高电压快充模式 资料来源：《Enabling fast charging – Vehicle considerations》，光大证券研究所整理 高电压 大电流 请务必参阅正文之后的重要声明 5 高压快充：“800 V + 4C”的未来主流升级途径 2.2 高压快充：“800 V + 4C”的未来主流升级途径 高电压路线优势：1、800V 高压系统的充电功率及驱动功率可以提升 100%；2、同等功率的情况下，800V 电压平台可以降低 50%的电流，从而显著减少整车线束等零部件重量及成本和提升驱动效率。 在充电功率相同的情况下， 高压架构电池系统散热更少， 热管理难度更低， 线束直径更小， 成本更低。800 V级高电压方案的实现， 将会使充电功率突破400 kW， 预计会实现充电5 min， 续航200-300 km。 资料来源：暴杰，《电动汽车800V电驱动系统核心技术综述》，2023，光大证券研究所 图4： 高压电气架构的优势及其电压平台的选择 资料来源：联合电子，《800V高压系统的驱动力和系统架构分析》，光大证券研究所 图5： 快充应用下车辆总成本 请务必参阅正文之后的重要声明 6 高压快充：“800 V + 4C”的未来主流升级途径 2.2 高压快充：“800 V + 4C”的未来主流升级途径 自2019年保时捷Taycan搭载800 V电压平台，为了兼容当时400V充电桩，额外加装一台直流OBC，将400V充电桩的电升到800V再给电池充电；当时仅有400V空调压缩机，也额外配备了一个转换器。 随着搭载800V快充技术的小鹏G6、小鹏G9、阿维塔11上市，国内比亚迪、吉利、长城、零跑等一众车企相继发布800V技术的布局规划，宁德时代麒麟电池4C快充技术的推广应用，800V高压新能源车迎来在中国市场的元年。 资料来源：严佳丽，《纯电动汽车高电压快充平台技术趋势》，新能源汽车，2022，光大证券研究所 图6： 保时捷taycan高压架构 请务必参阅正文之后的重要声明 目 录 整车快充：“里程焦虑”下日益凸显的新需求 高压快充：“800 V + 4C”的未来主流升级途径 面向“800 V+”的系统架构与结构端升级 7 投资建议 风险分析 请务必参阅正文之后的重要声明 8 3.1 面向800 V+的高压电气系统 资料来源：严佳丽，《纯电动汽车高电压快充平台技术趋势》，新能源汽车，2022；威迈斯招股说明书；光大证券研究所整理 图7： 800V高压电气系统示意图 请务必参阅正文之后的重要声明 9 3.1 面向800 V+的高压电气系统 图8：不同类型的高电压架构选择 资料来源：《Enabling fast charging – Vehicle considerations》，光大证券研究所整理 方案一：纯800 V+电池高压系统 电池系统、电动力总成系统（包括电驱动、电力电子、充电系统等）采用800 V+高压。 架构简单，工程实现最难。满足乘用车电动力总成的800 V+器件供应极少。 方案二：两个400 V的可配置系统 包括400 V的高压母线、DC/DC、变频器、空调压缩机、车载充电机、电池系统等。 两个电池系统，充电时串联800V，放电时并联400V，但控制策略复杂。 方案三：DC/DC+400 V电池系统 400V的电池系统、高压母线、DC/DC、变频器、800V转400V的高压DC/DC变换器等。 开发难度小，但对于电池系统，其充电电流会达到惊人1000A。 方案四：DC/DC+800 V电池系统 与方案三类似，不同之处在于配备800V转400V的高压DC/DC变换器。 避免了方案三对电池系统电气的要求，电池系统的最大电流得到限制。 高压电气系统正逐渐向着集成化、模块化发展，逐渐衍生出了电动汽车“三大件”：电池系统、动力总成、高压电控。 请务必参阅正文之后的重要声明 为实现整车高电压平台，电池包、电机以及充电接口均需达到800V，OBC、空调压缩机、DC/DC以及PTC均需重新适配以满足800V高电压平台。另外，电驱系统电压等级提高到800V后，提升逆变器中功率器件的耐压性也将推动SiC技术升级。 10 3.2 整车电子器件适配800V高电压平台，拉高新能源车能力上限 图9：车上高压部件重新选型及供应链基础 资料来源：华为，光大证券研究所 请务必参阅正文之后的重要声明 11 3.2 整车电子器件适配800V高电压平台，拉高新能源车能力上限 图10：国内乘用车OBC装机量市场份额变化 资料来源：NE Times，威迈斯招股说明书，光大证券研究所 车载电源行业参与者可分为三类：1）主机厂自制，如比亚迪；2）委托第三方，如特斯拉；3）第三方供应商。 请务必参阅正文之后的重要声明 12 高压电气系统集成，系统配件面临严峻考验 3.2 整车电子器件适配800V高电压平台 使用 800 V 高电压平台，在提升充电功率、提升充电速度的同时，随着配套部件的升级，能进一步提升电机驱动效率，减少能量 / 功率损耗，同时对系统高压部件的 EMC 设计、高压安全设计等带来新的挑战。 2023年上海车展共有23家厂商的63个电驱动产品，经过梳理，本次展出的800V高压电驱动共有13款，可以说电驱动全面进入高压化。高速、高压、散热，小型化和低成本是考量的方面。 图11：高电压平台对电驱动系统的影响 资料来源：严佳丽，《纯电动汽车高电压快充平台技术趋势》，新能源汽车，2022 请务必参阅正文之后的重要声明 13 SiC MOSFET：800 V下的功率器件升级 3.2 800 V+高压快充，器件升级路在何方 SiC基MOSFET相比Si基IGBT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800 V，对应功率半导体耐压等级需达1200 V。 SiC基MOSFET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。 图12：800 V下采用SiC MOSFET和Si IGBT的功率损失 资料来源：《Evaluation of 800V Traction Inverter with SiC-MOSFET versus Si-IGBT Power Semiconductor Technology》，PCIM Europe，2019 厂商 CREE Hitachi ROHM 阻断电压 1200 V 1200 V 1200 V 电流等级 100 A 100 A 80 A RDS(ON) 40 mΩ 40 mΩ 43 mΩ 类型 SiC SiC IGBT 功率耗散 330 W - 555 W 表2：不同类型功率半导体的性质 资料来源：Karimzada等，《Design of a DC-DC Converter using SiC Trench MOSFETs for EV Fast Chargers》，WiPDA Asia，2020 请务必参阅正文之后的重要声明 14 3.3 800V车型陆续上市 电驱动系统采用800V高压平台,显著提升了中高速区域的综合输出性能,并能够满足用户对于超级快速充电的需求,但也大幅提高了产品材料成本,预期800V电驱动系统将首先搭载中高端车型｡ 越来越多的品牌都在规划800V高压平台电驱动产品,近2年陆续量产,国家也在着手布局超级充电桩,最高输出电压可达1500V｡伴随着未来高压充电基础设施的完善,整车端将不再需要配置升压充电器，高压部件实际增速快于800V增速｡ 800V高压平台技术架构日渐成熟,近2年电动汽车有关电压等级､传导充电装置等相关技术标准亟待同步升级｡ 请务必参阅正文之后的重要声明 15 3.3 800V车型陆续上市 OEM 电压 充电功率 电流 充电速度 最大续航里程 量产时间 长城沙龙 800V 400kW 600A 充电10分钟，续航400公里 800km 23.3.22日，宣称沙龙将和欧拉正式整合，机甲龙入驻欧拉社区。 比亚迪 800V 228kW 充电5分钟，续航150公里 700km 海豹系列于2023年5月上市。 东风岚图 800V 360kW 600A 充电10分钟，续航400公里 631km 岚图free2022款于2022年9月上市。 广汽埃安 1000V 480kW 600A 充电5分钟，续航200公里 500km aion v plus 70超级快充版于2022年8月