新能源汽车向800V高压平台转换对电子元器件产品的影响

（文/程文智）新能源汽车这两年销量是节节攀升，其技术发展也是日新月异，很多以前在科幻电影中才会见到的酷炫技术开始被汽车厂商采用，比如抬头显示、超大屏幕、自动驾驶等等。最近对于800V高压平台成为了一个热议的话题，不少车企已经推出，或即将推出800V平台的新能源汽车。
 
800V高压平台俨然成为了一个发展趋势，那么升级800V高压平台后，汽车上的电子元器件产品需要有哪些改变呢？据业内人士预计，升级800V后，电机、功率半导体、保险丝、连接器，以及高压线束方面都会有一定的影响。接下来让我们逐个看看。
 
电机的变化

新能源汽车中最重要的是一个零部件就是电机，它的汽车的动力来源。一般来说，电机整体体积跟电机的扭矩成正比，功率不变的话，扭矩越小，体积也将越小，相应的重量也就越小了。升级到800V以后，电机的转速可以做到2万转，扭矩就可以做小，这样汽车电机的用铜和铝的量就会减少。
 
电机的导线外面有一层绝缘漆，随着电压升级到800V，对绝缘漆的材料和厚度有更高的要求。另外，800V电机对绝缘纸（铜线和硅钢片之间的介质）和安全距离也提出了更高的要求。这些要求会带来零部件的升级，电机成本上升。同时电压的升高会带来电流的提升和温度的提高，所以800V电机大部分供应商都会选择使用油冷技术。由于电机体积更小以及散热效率的更高要求，供应商更偏好油冷技术的均匀散热特点以及高效的散热效率。
 
不过，电机的成本主要是用铜量和铝量来核算的，耐压材料（高耐压绝缘漆）的占比比较少，而800V平台的电机铜的成本大约会减少一半，铝壳用量也会降低，因此，电机的总体成本可以下降。
 
在电机供应商方面，国际厂商有博世、联合电子、大陆、法雷奥、博格华纳等，国内有方正在做800V电机和扁线电机。但是国际厂商的节奏会比国内厂商慢，响应速度慢。此外，国内还有汇川、精进电动、华域电动也在做扁线电机。   
 
功率半导体成本会有所上升

电动汽车中另一个核心部件是电机控制系统，系统内的CPU、电流电压采样的传感器等元件都需要用到电源，这些电源很多都是从母线获取的，如今升级到了800V之后，母线电压也变成了800V，此时需要从800V转低压（12V或48V）。
 
此外，一些辅助系统，比如OBC充电、DC/DC、12V系统、信号、娱乐、音响等需要用到电源的地方，也需要相应的升级，比如耐压需要更高等。用到的器件的成本会有一定的提升，有业内人士估计成本提升在20%~30%之间。
 
其实，升级到800V平台，最重要的一个升级就是电驱，其中，SiC的使用是电驱升级的核心要点。从SiC本身的特性来说：
 
1）耐高温能力更强（可在200度条件下正常工作，传统硅基IGBT一般只能在175度以下工作，因此对冷却系统要求更低）；
2）耐压特性特别好；
3）低开关损耗（IGBT拖尾损耗更高）。
 
目前主流还是400-500V电压平台，未来上800V推快充是为了解决电动车的两个核心问题：

1）里程焦虑；
2）充电速度慢（理想ONE增程式，小鹏G9高电压，蔚来换电）。
在传统400V电压平台下，特斯拉推出250kW的超级快充；在800V平台下，小鹏最新推出400kW快充，充电效率达到5C，10分钟能充400公里。
 
在功率模块上，虽然硅也能做1000V以上的应用，但是SiC可以做到1700V，采用SiC后，功率模块的体积可以做得更小、功率密度更高。不过，目前750V的条件下，硅基IGBT应用的成本边际效应比SiC明显，但功率和电压变高后，1200V的SiC更具优势。
 
碳化硅与硅基IGBT应用成本对比：

1）从逆变器角度说，碳化硅逆变器本身模块价格是硅基的2-3倍（英飞凌HPD 1000-1500元，碳化硅4500元）。
2）碳化硅应用后，系统成本更低（对于整车厂而言，应用碳化硅不会单一考虑功率器件成本，更重要的是考虑整车成本变化）：
①以80kWh电池为例，应用碳化硅后，NEDC续航里程可以提升4-5%（有的材料说能做到提升10%，但实际可能没有那么高），即节约电池4-5kWh（10%提升的话能节省8kWh）。近十几年来，电动车电池成本已经下降了80%，目前是130多美元1kWh（不到1000元）。运用碳化硅后，电池体积更小、重量更轻，预计电池端成本可以降3000-4000元；
②冷却系统降1000元；
③综合碳化硅应用成本上升以及其他系统成本变化，预计整车系统成本能够降低2000-3000元。
 
也就是说，未来高压平台采用SiC器件的数量将会更多，当然，这还需要看SiC的产能情况。
 
线缆、连接器和熔断器成本变化

在高压情况下，熔断丝和高压继电器的内部并没有本质的差异，400V和800V耐压值在工业应用中都属于低压用带你系统，原材料的变化不会很大。
 
在线缆方面，分为电源线和控制线。在电源线中，铜在电缆当中的成本比例以前在40%-50%，升级800V后，功率不变，电流将会降低一半，发热量只有原来的1/4。假设原来10块钱的线，铜占5块钱，现在铜占2.5元，原来绝缘占5元，现在占6元。整体来看线缆就变成8.5元，大概有15%的降幅。
 
控制线又分两种，一种叫高速控制线，比如通信线缆，与CPU和摄像头、自动驾驶相连，那种线价值量非常高，一根将近1000元。另一种是普通控制线，控制门窗、空调，此类控制线1米也就几毛钱。这个成本不好估算，一般业内的估计方法是看线缆的单价多少，大概估一下一个车用几百米。20万的汽油车，这种普通控制线大概2-3KM，一米几毛钱，总成本1000-2000元。
 
连接器会在接触电阻镀金或镀银，未来做成低接触电阻，产品做小，技术含量提高，整个里面的用材减少了，同时电流变小，散热需求小，不需要单独加冷却系统，价值量也会下降。假设原来100安培的连接器，原来400V现在800V，那么原来是400KW，现在是800KW，就不会把导体的用量减小，因为还是100安培。这部分的连接器一般来说成本会上升，会有20%-30%的上升。
 
另外，电容成本会上升，比如滤波电容基本0.5毫法、400V在300-400元，如果换成800V，价格可能上升到500多元。