鑽石舞台

由400V到800V系統的升級需要經歷過渡階段：我們認為，升高新能源車的母線電壓可以通過增加電池串聯組數方式來簡單得到，但母線電壓提升後，也意味着要將全車高壓電器系統的額定電壓提升至800V或以上，即核心三電系統（電機、電控、電池）、空調壓縮機、PEU（電力電子集成模塊）等部件均需要在800V甚至1000V的電壓下正常工作。我們認為，800V電機帶來的優勢使廠商考慮優先替代400V電機，而400V系統中其他零部件（空調、PTC、車載充電機、DC-DC）可能隨着配套供應鏈成熟以及成本下降後才逐漸被替代。因此，在400V到800V過渡階段，我們看到車內會至少會增加一對升壓+降壓模塊（合計成本200美元左右）來保證高低壓部件的協同，短期內對SiC功率半導體器件、薄膜電容、電感及變壓器等均帶來新增需求。

在全800V平台下，新能源車相關半導體、電子元器件單車需求提升趨勢明確，我們認為：

1）SiC器件由於其在高壓環境下獨特的性能優勢，有望隨着800V系統滲透率的提升而加速替代硅基功率器件，以當前器件單價來看，主驅SiC功率半導體模塊價值量有望達到原Si-IGBT的3倍以上，而OBC、直流充電樁、DC-DC等領域，高壓快充平台帶來SiC二極管/MOS滲透使功率半導體器件價值量也有望達到Si基的2-3倍不等；

2）由於電芯串並聯方式改變，BMS系統中隔離式CAN收發器及模擬前端芯片AFE有望迎來用量的翻倍，在單價不變情況下，上述芯片單車價值量也有望翻倍；

3）800V架構提高了對被動元件耐高壓性能的要求，薄膜電容單車價值量有望提升60%以上；而電感側，800V架構下SiC器件的應用提升了新能源車電力電子系統的工作頻率，導致電感繞線匝數及總成本降低，但是高壓高頻化帶來了磁芯材料升級需求。

4）繼電器和熔斷器方面，高壓化趨勢有望推動產品性能提升，高壓繼電器單車價值量有望翻倍，熔斷器單車價值量有望提升60%-70%。

高壓快充車型滲透率不及預期；國內企業市場份額提升不及預期。

全球新能源車滲透率還有較大上升空間。根據IEA數據，2021年全球新能源車（包含插電混動及純電動）滲透率達到9%，而按地區來看，中國和歐洲滲透率達到15%以上。但縱使在中國本土市場，根據乘聯會數據，2022年1-6月中國新能源車滲透率達到24%，其中單月最高滲透率達到28%，我們認為中國及全球的新能源汽車滲透率仍有較大提升空間。

圖表：全球新能源車銷量及滲透率（2016-2021，按國家或地區）

圖表：中國新能源車銷量及滲透率（年度或半年度數據）

資料來源：乘聯會，中金公司研究部

根據Autolist在2021年發布的市場調研顯示，消費者購買新能源車最看中的指標由高到底排序為續航里程、價格、充電便捷性及充電時間。總結來看，我們認為續航里程及補能時間成為了新能源車消費者選擇產品時的重要考量。

圖表：消費者最關心的新能源汽車技術指標排序

註：問卷結果的發布時間為2021年5月 資料來源：Autolist，中金公司研究部

與傳統的燃油車相比，新能源汽車的實際續航能力仍是短板，尤其在冬季低溫情況下。

圖表：2021年新能源車型續航能力前十五名

圖表：2018年傳統燃油車續航能力前十五名

資料來源：小熊油耗，中金公司研究部

用戶對新能源車的續航能力關注度較高，但通過簡單的增加電芯數量從而提高電動汽車續航里程的方式並不可取。特斯拉創始人馬斯克曾在2022年3月於自身社交媒體賬號向外界披露，早在2021年年初特斯拉便有能力生產續航里程達900公里的Model S，但這需要通過增加攜帶電池的重量來實現，帶來的負面影響便是讓車的加速、操控和效率出現下降，因此該方案沒有被採用，最小化每個組件的重量是特斯拉的持續目標。我們看到，如何在不增加電池重量的情況下，增加續航里程是各大新能源車企探索的重要方向。

800V新能源車系統可以通過減重提升續航里程。通過將400V平台提升至800V，由於電流減小發熱量降低，線纜變細，電池散熱系統及導線均會減重。總結來看，800V高壓平台有利於減輕車身布線重量並增加布線靈活性，從而提升整車的續航里程。

800V新能源車系統可以通過降低電控損耗來增加續航里程。400V的電動機控制器會產生較大的功率損耗，而在相同輸入功率條件下，通過提高電動機電壓可以減小電流，從而降低熱損耗（熱損耗= I^2*R）並提升續航里程。我們認為800V高壓平台有利於降低電控損耗，增加電池包使用效率，從而提升整車的續航里程。

圖表：TOYOTA PRIUS：為動力系統配備更高電壓，提升電動機效率

資料來源：豐田官網，汽車之家，中金公司研究部

縮短充電時間是提升客戶對新能源汽車滿意度亟待解決的問題。我們認為，如何將充電時間縮短至15min以內從而達到90%以上的客戶滿意度是提升電動汽車滲透率的重點。

圖表：客戶對現有電動汽車的快充時間滿意度較低

資料來源：電動學堂，中金公司研究部

縮短補能時間可以通過提升充電功率（P=UI）實現，而提高電流的方式實現難度較大。提高電流或提高電壓兩種方式都可以提升充電功率，從而縮減充電時間。目前來看，提高電流的方案複雜性較高，對散熱技術要求更高,電線的橫截面積越大，布線難度增加、線束重量增加。舉例來看，基於400V，600A平台的特斯拉第三代超級充電樁充電功率達到250kW，但其大電流線束的截面積較大，這對一般車企在熱管理、BMS相關系統上的相關能力提出了挑戰。

我們認為提高電壓是縮短補能時長更優的方式，800V平台可以使充電時間降低至20min以內。從技術角度看，我們認為提高電壓更容易，可以僅通過改變增加串聯電池單元數量的方式來實現（詳見電池部分），而且不再面臨大電流帶來的損耗高、電纜粗、重量高、散熱難等問題。如下圖所示，800V系統下高功率平台的電動汽車由於充電速度更快，廣義的平均行駛速度更快（由於充電間隙的時間縮短）。總結來看，我們認為800V電動汽車平台可以有效提高充電功率，而加快充電速度，有效提高用戶的滿意度與購買意願，促進新能源車滲透率的進一步提升。

圖表：800V充電系統下充電時間大幅縮短

圖表：800V系統助力廣義平均行車速度提高

資料來源：E-Technology，中金公司研究部

圖表：800V系統下充電速度提升明顯

資料來源：AVL Trimerics，中金公司研究部

電池電壓提升至800V實現較簡單

800V電池電壓的提升實現可以通過改變電池組串並聯的方式實現。單個鋰離子電芯的電壓為3-4V，將電池串聯可以增大電壓，並聯可以增大電流。400V汽車電壓系統需要約100個電芯串聯，比如特斯拉Model 3短續航版的電池包共有4416個電芯，串聯數為96；而800V汽車電壓系統則需要約200個電芯串聯，比如保時捷Taycan的電池包共有396個電芯，串聯數為198。

圖表：改變電池組串並聯的方式可以提升電壓

資料來源：Christian Jung在2017年發布的論文：《使用800伏系統供電——升級電池電動乘用車電壓電源的好處》，中金公司研究部，註：100s 4p 代表100個電芯串聯，4個電芯並聯。（Power Up with 800-V Systems: The benefits of upgrading voltage power for battery-electric passenger vehicles，2017）

800V整車直流母線電壓的提升難一蹴而就

對於純電整車來說，電壓平台的升高並不簡單。我們認為，若將新能源車的母線電壓提升至800V，則意味着要將高壓電器系統的額定電壓提升至800V或以上，即核心三電系統（電機、電控、電池）、空調壓縮機、PEU（電力電子集成模塊）等部件需要在800V甚至1000V的電壓下正常工作。

圖表：BEV整車電氣框圖示意

圖表：PEU集成技術示意

資料來源：驅動視界，中金公司研究部

在短期的過渡階段內，我們認為800V系統可以替代部分400V系統，整車高壓系統可選多種實現方案。可量產的、穩定的800V系統不僅僅需要將新能源車的電壓從400V提升到800V這麼簡單，還面臨相關高壓模塊的供應鏈不配套、充電基建設施不完善等難點。因此，我們認為新能源車廠商在短期的過渡階段將採用800V與400V系統並存的方式，在獲取800V系統部分優勢的同時等待相關用電模塊的配套升級。

我們認為在電動汽車中800V電機相較400V電機有明顯優勢，有望優先替進入800V汽車平台。向更高的直流母線電壓發展是牽引電機近年來最重要的發展趨勢之一，在電動車使用800V電機，雖然會增加一些重新設計的工程量，但是其電磁性能得到改善，利於提高電機功率密度，同時減輕電機重量。我們認為800V電機帶來的優勢使廠商考慮優先替代400V電機，而400V系統中其他零部件（空調、PTC、車載充電機、DC-DC）可能隨着配套供應鏈成熟以及成本下降後逐漸被替代。我們看到過渡型的800V平台方案主要包括在電機和其他用電器間加入升壓器（下圖-a），除電機外其餘系統均保持400V），將電池和配電盒升壓到800V（下圖-b），以及將充電槍、電池和配電盒均升壓至800V（下圖-c）。

圖表：800V過渡階段的系統仍然需要兼容400V系統

註：由上到下分別為圖-a/圖-b/圖-c 資料來源：旺材電機與電控，中金公司研究部

800V過渡階段案例之一：保時捷Taycan

乘用車品牌中，保時捷是第一個量產800V系統新能源車的廠商。保時捷Taycan的量產代表着800V系統時代的開啟。

Taycan在設計800V電壓平台的時候，受限於各用電模塊的開發進度的不同，最初的電壓平台不完全由800V用電器組成，整車系統里涵蓋了包括800V（動力電池）、400V（空調壓縮機）、48V和12V（LFP電池）在內的多個電壓系統。由於存在不同電壓系統，Taycan採用了800V至400V的DC-DC轉換器，並計劃在800V的空調壓縮機等其他部件面市之時替換掉現有的400V空調壓縮機。對於如何兼容現有400V充電樁的問題，Taycan採用額外搭載一台直流車載充電機（BOOST）的方式，先將400V充電樁輸出的充電電壓升壓至800V，再對電池進行充電。

圖表：保時捷Taycan 800V充系統架構圖及兼容400V充電樁的方案示意

資料來源：線束專家，中金公司研究部

綜上所述，由於短期新能源車母線電壓向800V過渡的階段內要兼容400V系統，電動汽車通常會至少引入400V-800升壓DC-DC模塊（*1）與800V-400V降壓DC-DC模塊（*1），帶來半導體及元器件增量需求。增加的半導體與元器件主要包括功率器件（IGBT/SiC）、電容、電阻、開關、連接器等。

► 升壓模塊（安裝在400V充電樁與800V汽車平台之間）

升壓模塊可安裝在400V充電樁上或者汽車內，但考慮目前多數充電樁仍為供400V車型充電，預計升壓模塊會配備在800V車內。不同的升壓方案會帶來半導體/元器件的不同需求：1）新增一個升壓模塊方案（直接採用電荷泵的結構方式實現升壓），需要2個電容+1個開關（可能為繼電器、熔斷器）+連接器。保時捷就採取這種方案，成本較低。一個模塊新增電容的價值量約為100-200元，與其它新增成本共計約300元（45美元左右）。2）驅動復用升壓充電方案（復用同一個電驅系統，只要改變控制方法，就可以搭出一個Boost升壓電路）。現代、比亞迪的漢EV使用了該方案，不會帶來明顯的半導體/元器件價值量變化。我們認為，遠期看，若主流充電樁全部升級成供800V充電的快充樁，則車上的升壓模塊有望取消。

圖表：不同的升壓方式對比

資料來源：比亞迪官網，中國專利網，中金公司研究部

► 降壓模塊（車內800V下降至400V、48V、12V供車上不同負載使用）

降壓模塊一般安裝在800V電池與低壓電器之間，用以給不同電壓的用電模塊供電。比如保時捷的降壓模塊除了將800V降低至12V從而給汽車上的用電器供電外，還需要由800V轉400V降壓模塊，用來給空調壓縮機供電。對於一個高壓側為800V的降壓模塊，需至少使用4個SiC MOS、4個電容（薄膜電容*1，安規電容*2，鋁電解電容*1）、2個電感、1個變壓器及其他電子元器件，從整體成本來看，我們認為新的降壓模塊可能會帶來150美元左右成本上升。

圖表：電壓轉換器示意

資料來源：eet-China，中金公司研究部

各車企加速布局800V汽車平台。對於車企來說，建設800V架構汽車雖然意味着從車端到充電樁端的投入，但由於其可以顯著縮短補能時間，解決客戶的長期痛點，將幫助車企形成差異化優勢。2019年，保時捷推出首款800V平台車型Taycan，而從2020年開始，國內品牌如比亞迪、北汽極狐、長城汽車、廣汽埃安、小鵬汽車、吉利極氪、東風嵐圖、理想汽車等品牌紛紛預告推出800V架構的汽車，如下圖所示。海外企業方面，路特斯、通用、奧迪、奔馳及大眾也均相繼發布了800V高壓快充平台車型的規劃。

圖表：800V整車預計發布進度一覽

註：時間截至2022年7月 資料來源：蓋世汽車研究院，中金公司研究部

電機電控系統廠商發力高壓應用，其首批產品量產時間基本與800V架構新車落地同頻。以中國大陸市場舉例來看，根據蓋世汽車整理，為配合車廠高壓快充平台要求，博世、舍弗勒、博格華納、緯湃科技等國際零部件巨頭，以及華為、匯川、臻驅、方正電機國內頭部企業均啟動或已完成針對800V電驅動相關產品開發，各大品牌在也爭相採用SiC電控上車，為高壓快充車型落地鋪平道路。蓋世汽車研究院預計，其中大部分企業相關產品有望於2022年內展開量產，或於2023年相繼落地。我們認為明後年高壓快充車型落地有望呈明顯加速態勢。

圖表：多家企業已經開始800V電機及電控系統布局

資料來源：蓋世汽車研究院，中金公司研究部

外設方面，多個配套800V汽車平台的超級充電樁、換電站項目啟動。400V充電樁無法適配800V汽車平台，因此目前車企紛紛開始布局大功率的高壓充電樁。

圖表：各車企超級充電樁及換電站布局

資料來源：ResearchChina，各公司官網，中金公司研究部

在上文中我們指出，由於過渡階段的800V系統需要額外增加升壓與降壓DC-DC模塊，帶來成本與車身重量的上升，以及額外的電能損耗，因此我們認為，800V系統的終局是全800V平台。在全800V平台下，新能源車相關半導體、電子元器件單車需求會呈現明顯提升，具體來看：

► 功率半導體：SiC器件由於其在高壓環境下獨特的性能優勢，有望隨着800V系統滲透率的提升而加速替代硅基功率器件，以當前器件單價來看，主驅SiC功率半導體模塊價值量有望達到原Si-IGBT的3倍以上，而OBC、直流充電樁、DC-DC等領域，高壓快充平台帶來SiC二極管/MOS滲透使功率半導體器件價值量也有望達到Si基的2-3倍不等；

► 模擬芯片：由於電芯串並聯方式改變，BMS系統中隔離式CAN收發器及模擬前端芯片有望迎來用量的翻倍，在單價不變情況下，上述芯片單車價值量也有望翻倍；

► 被動元件：800V架構提高了對被動元件耐高壓性能的要求，薄膜電容單車價值量有望提升60%以上；而電感側，800V架構下SiC器件的應用提升了新能源車電力電子系統的工作頻率，降低了對電感繞線匝數及整體電感成本，但是高壓高頻化帶來了磁芯材料升級需求；

► 高壓繼電器及熔斷器：高壓化趨勢有望推動產品性能提升，高壓繼電器單車價值量有望翻倍，熔斷器單車價值量有望提升60%-70%。

而對於其他方面（如連接器、電池、熱管理系統）因全車系統高壓化而帶來的變化，我們將在系列報告的後續篇幅中予以討論。

圖表：800V系統對半導體及電子元器件帶來增量需求

資料來源：浙江大學王正仕教授2020年在「第十五屆(深圳)新能源汽車核心電源技術研討會」上的演講，中金公司研究部；註：1）圖表中CAN隔離網絡收發器價值量僅限於BMS中從控制器；2）SiC功率器件價值量僅限於主逆變器

與400V電機電控系統方案相比，我們認為全800V動力系統因為更低的功率損耗而更具優勢，主逆變器相關開關管耐壓等級也需提升至800V。從電機的角度來看，相較400V電動平台，800V電機有更高的功率密度，重量與體積也有所減少，但是由於更高的轉速帶來的更高的機械應力和防止 PD（Partial Discharge，局部放電）的需要，電機的絕緣性與設計複雜性也會提高。而主逆變器是電機電控系統中最關鍵的部件，其內部功率半導體器件耐壓等級也要隨之提升至800V以上。

碳化硅由於其優秀的物理特性，有望隨着800V新能源車普及而呈現市場規模的快速增長。碳化硅（SiC）是一種由硅和碳構成的化合物半導體材料，其優點主要是禁帶寬度較大，絕緣擊穿場強（Breakdown Field）是Si的10倍，帶隙（Energy Gap）是Si 的3倍，另外可在250度的高溫環境下工作。

圖表：SiC的物理特性優於Si

資料來源：羅姆半導體，中金公司研究部

我們認為SiC器件由於其在高壓環境下獨特的性能優勢，有望隨着800V電機電控系統滲透率的提升而加速替代硅基功率器件。SiC MOSFET器件因具有以下特性，在800V環境中更具優勢：

1）由於SiC耐高壓，其製成的器件可耐受的擊穿電壓受Rdson制約情況變小，800V耐壓等級下，可以繼續採用MOS結構製造開關管。1200V的MOS相比同電壓等級IGBT開關速度快，導通損耗低，提升開關頻率後，可以降低系統諧波損耗，並降低電感體積（線圈匝數呈現減少），因此我們認為SiC MOS大大增加了系統的功率密度及能量轉化效率；

2）SiC耐高溫能力強，從溫度敏感性上來看，不會發生像IGBT一樣的電流隨溫度升高而衰減，因此對於應用SiC MOS的電力電子系統來看，所需配備的散熱器成本也有望呈現減小。此外，在高壓高溫高濕環境可靠性也強於IGBT。

但是，從價格方面來看，目前SiC器件價格明顯高於Si基器件。根據貿澤電子數據，我們看到目前SiC二極管價格為同規格可比Si二極管價格的1.5倍-2倍左右，而SiC MOSFET價格為可比規格的Si-IGBT的3-4倍左右。我們認為，一方面高壓快充平台採用SiC器件是必然選擇，（SiC器件高壓下依然擁有低開關損耗、低導通損耗及較大功率密度等特點），此外SiC器件的使用還有望達到降低系統成本或提升用戶體驗的目的，使價格相對高昂的SiC器件在800V新能源車系統中有望呈現大量鋪開，因此，800V高壓快充系統普及有望驅動功率半導體芯片單車價值量明顯提升。

圖表：Si基器件與SiC基器件價格對比

資料來源：貿澤電子，中金公司研究部

配備800V全SiC器件電控的損耗有望對400V系統呈現大規模降低，功率密度提升，功率半導體價值量大幅增長。在主逆變器側，目前針對800V高壓系統配套的全SiC MOSFET模塊有望助力電機輸出功率達到200kW以上，單模塊對應24-36顆SiC MOSFET芯片不等，具體用量情況請投資者參考我們前期發布的SiC器件報告。根據我們的產業鏈調研，若簡單考慮SiC MOS模塊對Si-IGBT模塊的替換，目前整車廠對標稱功率130-160kW的Si-IGBT模塊的採購價格在人民幣1,100元左右，而200kW全SiC MOSFET售價在4,000元人民幣以上，單模塊功率半導體價值量提升幅度達300%。若考慮到先前部分高端車型採用雙電機配置，200kW後驅電機需要2個IGBT模塊支持足夠電流輸出，130-160kW前輔助電機需要1個IGBT模塊支持足夠電流輸出，我們認為升級800V系統後，主驅部分功率半導體價值量上升幅度也在60%-70%左右。

圖表：主逆變器模塊對比：Si-IGBT（左）vs. SiC MOSFET（右）

資料來源：英飛凌官網，中金公司研究部

在OBC領域，800V高壓快充平台需配備11kW以上雙向OBC充電機，原Si SJ MOS有望被SiC MOS批量替換，實現單機功率半導體價值量的明顯增長。以11kW雙向逆變的拓撲結構為例，我們看到PFC電路側需要6-8顆1200V/40mohm SiC MOS（反向逆變3.3kW對應6顆，反向逆變6.6kW對應8顆），而雙向DC-DC主級側需要4顆SiC MOS，次級側採用4顆SiC MOS或8顆GaN MOS/Si SJ MOS。根據我們的產業鏈調研，以7美元單顆芯片成本測算，11kW左右雙向OBC在800V系統下的功率半導體價值量在100美元左右，是原Si SJ MOS方案的3倍左右。

圖表：12.5KW雙向OBC電路拓撲結構示意圖

資料來源：浙江大學王正仕教授2020年在「第十五屆(深圳)新能源汽車核心電源技術研討會」上的演講，中金公司研究部

在DC-DC領域，在800V電動汽車的DC-DC中，高壓側功率器件的耐壓電壓水平需達到1200V標準，SiC有望替代傳統硅基功率器件，3kW單機功率半導體價值量上升。在1200V電壓範圍，碳化硅可以在更高的開關頻率下工作（DC-DC可以用更小的電感），並且有更低的開關損耗等特點，我們認為SiC MOS的滲透有望對DC-DC帶來系統級的尺寸、重量與成本減小。考慮到高壓側四管M1-M4由Si SJ MOS替換為SiC MOSFET，功率半導體價值量由原先15美元左右上升至30美元左右，相比Si SJ MOS方案提升1倍。

圖表：3kW 車載DC-DC電路拓撲結構示意圖

資料來源：浙江大學王正仕教授2020年在「第十五屆(深圳)新能源汽車核心電源技術研討會」上的演講，中金公司研究部

在直流快速充電樁領域，單樁（模塊）功率半導體價值量同樣呈現上升。配合高壓快充的要求，由於充電電流無法持續升高，我們認為未來800V-1000V充電樁有望成為標配，同時，充電功率升高也對充電樁模塊的功率密度（單模塊輸出功率由12-15kW提升至30kW）提出了更高的要求，未來SiC MOS有望對Si SJ MOS實現全面替代。若不考慮雙向功能，30kW模塊需要30個SiC MOS器件來支撐，以單管8-10美元價格計算，60kW充電樁用功率半導體價值量有望達到3,500元人民幣，較現在Si基器件1,500-2000人民幣價值量提升1倍左右。

圖表：直流快速充電樁的發展趨勢

資料來源：浙江大學王正仕教授2020年在「第十五屆(深圳)新能源汽車核心電源技術研討會」上的演講，中金公司研究部

我們認為，800V電池組串聯數量的翻倍帶來了BMS（電池管理系統）成本的上升，其中最值得注意的是對電池荷電狀態（State of Charge，SOC）進行監控採集的模擬前端（Analog front end，AFE）芯片用量的上升以及隔離芯片的變化。

電池管理系統（Battery Management System，BMS）主要負責對新能源汽車的整個電池組的工作狀態進行監測和管理，並均衡控制電池組，對電池組的使用安全、壽命、性能至關重要。車用BMS系統主要為分布式，通過模塊化、分級式管理電池單元。新能源汽車的動力電池系統由於充電速度與續航的需求而不斷向高容量、高總壓、大體積的方面發展，因此在插電式混動、純電動車型上主要還是採用分布式架構的BMS。

BMS通常包含1個電池監控控制器 (Battery Monitoring Controller，BMC，主控)、1個電池接線盒 (Battery Junction Box， BJB)、多個從控制器（Cell Supervision Circuit, CSC，從控）。在分布式BMS系統中，CSC負責電池組單體的電壓檢測、溫度檢測、均衡管理以及相應的診斷，每個CSC模塊包含一個模擬前端芯片(Analog Front End，AFE）芯片。而BMC是BMS的大腦，包含一個MCU芯片負責計算電池健康狀態（State of Heath，SOH）與荷電狀態（State of Charge，SOC），利用CSC和BJB測量的電池精確數據做出判斷與決定，以確保電池的安全性和提高性能，還可以協調BMS的電池均衡功能。傳統的BJB主要作為一個機電箱，其中設有分流器、接觸器和高溫熔斷器，是高壓電池和動力傳動系統之間的鏈接。

圖表：高壓BMS由3個單元組成，可實現3種不同的功能

資料來源：e-motec.net，中金公司研究部

參考Iman Aghabali等人在《800-V EV 動力總成：優勢、挑戰和未來趨勢的回顧和分析》中的研究，我們對BMS主要部件成本做了粗略拆分。從主要部件來看，溫度傳感器、接觸器、主MCU控制器、CAN隔離式網絡收發器（或CAN收發器+數字隔離芯片）、電流傳感器、AFE模擬前端芯片、接觸器/保險絲及其他部件的占比如下圖所示。我們測算，假設車型帶電量為70kwh，整體BMS成本占電池包整體成本比重為高個位數。

圖表：BMS主要部件價格與成本核心假設

資料來源：Iman Aghabali 等人的論文《800-V EV 動力總成：優勢、挑戰和未來趨勢的回顧和分析》，2021，IEEE，中金公司研究部

圖表：高壓BMS拓撲圖示例

資料來源：NXP官網，中金公司研究部，註：MC33771是AFE芯片，MC33664是隔離式網絡收發器，MCU是MPC5x MCU系列

從芯片角度來看，BMS系統中的芯片種類主要包括AFE（電池採樣芯片）、MCU（微控制處理單元）、CAN收發器芯片、數字隔離器等產品。

► AFE（Analog Front End，模擬前端芯片，在BMS中專指電池採樣芯片）封裝了電壓檢測、溫度檢測等模擬電路，被用來採集電芯電壓和溫度等信息，支持電池的均衡功能。不同廠商生產的不同型號AFE所能採集的電池組數量在3-18組電池組的範圍不等。動力電池包是將並聯的電芯串聯起來形成的。AFE芯片在進行電壓採集時，採集的是整個並聯的電芯組的電壓.以特斯拉的Model S為例，其85kwh的電池包為例，其電池包的額定電壓大約為345v，電芯每串3.6v，總串數為345v/3.6v≈96（串），AFE芯片採集這96串電芯的電壓。舉例來看，NXP的AFE芯片MC33771最多可採集14組電池組的數據，ADI的AFE芯片LTC6813可採集18節電池組的數據。AFE芯片的內部結構區別不大，不同之處在硬件資源（採樣通道數量、內部ADC的數量）與針對功能安全要求所設計的架構類型與形式。目前，我們看到AFE芯片領域基本被海外企業壟斷。

圖表：BMS系統中AFE芯片對電池組數據的採集示意圖

資料來源：Research Gate，中金公司研究部

► MCU：微控制單元（Microcontroller Unit；MCU）芯片又名單片機，把中央處理器、內存、計數器、串口等周邊接口都集成在單一芯片上形成芯片級的計算機，為不同的應用場合做不同控制功能。BMS中的MCU芯片可以處理BMS AFE芯片採集的信息並計算荷電狀態（SOC）。BMS MCU芯片需要對SOC進行精確計算，需要大量技術與經驗積累，我們認為目前掌握BMS MCU成熟方案的仍然是海外廠商，如NXP等；

► CAN收發器芯片：CAN收發器是連接控制器局域網絡（Controller Area Network，CAN）控制系統與CAN總線網絡的橋樑，是CAN控制器進行總線數據訪問的物理接口，負責CAN控制器端數字信號和CAN總線上差分電平信號之間的轉換，一般CAN收發器中也集成了數字隔離芯片，來實現高低壓電氣隔離；

► 數字隔離器：隔離器利用電隔離將低壓域系統和高壓域系統在物理層隔開，來保證數字和模擬信號間互不干擾以及安全性。在車載BMS系統中，含有低壓與高壓兩種電路，而ADC在高壓電路採集的數據傳遞至低壓電路中的MCU的過程中，便需要使用數字隔離器，有時候數字隔離器也會被集成在CAN收發器中。

我們認為，在800V架構趨勢下，由於電芯串並聯方式改變，隔離式CAN芯片及模擬前端芯片有望迎來用量的明顯提升：

圖表：BMS系統中從控制器示意圖

資料來源：Eberspaecher Vecture官網，中金公司研究部

► 800V新能源車平台的CAN隔離式收發器芯片價值量有望上升。每個模組（即BMS從控制器）連接一個電池組，在模組之上搭載1個隔離式CAN芯片，經過CAN芯片進行隔離後將數字信號傳遞到BMS主板，有時CAN收發器也可以部署在圖中的編號2位置。我們認為，由於800V電池電壓要求下，一般電池廠商通過增加串聯電池組數量的方式來達到電壓翻倍的效果，BMS從控制器相關的隔離式CAN芯片的數量隨之翻倍（有些方案是採用數字隔離+非隔離式CAN芯片的組合來實現，相關芯片用量也呈現翻倍），BMS主板與外部通信的CAN收發器用量及價值量未發發生明顯變化。從價格來看，根據TI官網，以ISO1042-Q1隔離式CAN收發器價格為例，其單價在10元人民幣（1.6美元）左右，我們認為批量採購價格有望更低。綜合來看，我們測算，400V架構下，BMS從控制器相關隔離式CAN芯片單車總價值量約為150元，而800V架構下約成長為300元，提升幅度達100%。

► 800V系統中更多的串聯單元需配備更多電壓感應通道，AFE的數量有望提升。根據Iman Aghabali等人論文的研究結果，假設一個400V 電池組使用96個串聯電池（如Tesla Model S），一個800 V電池組通過提高串聯的電池數量來實現升壓，使用192個串聯電池，每個電池電壓感應通道所用AFE芯片價值量為1美元（6.5元人民幣）左右，800V電池組的使用的AFE價值量因電池串聯數量的提升而提高至192美元（約1250元人民幣），提升幅度達100%。

此外，由於電池串聯數增加，計算SOH的難度也隨之提升，我們認為BMS系統中對主控MCU的要求也呈現提高，但由於用量不存在變化導致單車價值量變化幅度小於CAN收發器及AFE芯片，在此篇報告中我們不對MCU做重點討論。

整體來看，我們認為800V架構提高了對被動元件耐高壓性能的要求，並簡化了電感繞線的使用，首先在電容端，800V架構提高了對電容耐高壓性能的要求，價值量有望提升。電容主要有兩大功能儲能和濾波，我們測算傳統的400V電動汽車中電容的單車電容價值量約為600元左右。在800V趨勢下，隨着電壓等級提升，母線電容耐壓性有望相應提高，帶動薄膜電容價值增長。我們對電動汽車中的主逆變器、OBC、DC/DC和外設充電樁4個系統進行了重點分析，通過我們的測算，我們認為800V電動汽車薄膜電容的單車價值量有望增長約67%，有近400元的價值提升空間。

而電感端，800V架構下SiC器件的應用提升了新能源車電力電子系統的工作頻率，降低了對電感繞線匝數。電感是濾波電路和功率放大電路中最核心的器件，我們測算其單車電感價值量約為260-670元區間。而在800V升壓趨勢下，SiC的應用使主逆變器、OBC等設備的開關頻率明顯提升，因此所需電感的線圈匝數減小，通過我們的測算，我們認為800V單車電感的總體價值量呈現下降，但是高壓高頻化帶來了磁芯材料升級需求。具體來看：

► 主逆變器：逆變器有望動力電池的直流電逆變成三相交流電，電容組成振盪迴路，產生一定頻率的交流電，電感實現儲能、升壓、濾波、消除EMI等功能。我們測算，800V平台中，薄膜電容單車使用量不變，電容平均單價有望提升67%左右，即單車總價值量有望提升200元左右，安規電容及鋁電解電容價值量變化不大。由於800V新能源車配備了SiC器件，系統開關頻率提升，所需電感的體積與價值量變小，但同時對磁芯材料也提出了升級需求；

► OBC：車載充電機（OBC）以交流電源作為輸入，輸出直流給動力電池，電容的應用場景包括EMI濾波，DC-LINK，輸出濾波、諧振腔等，電感主要起到濾波的作用。以主逆變器情況類比，800V平台中，假設薄膜電容的單車使用量不變的情況下，薄膜電容單價提升67%，薄膜電容單車總價值量有望提升近70元，安規電容及鋁電解電容價值量變化不大。在高壓趨勢下，OBC電感使用情況類似主逆變器，假設電感的單車使用量不變的情況下，高壓高頻系統中電感單價有望隨繞線匝數減少而下降，但對磁芯材料也提出了更高的要求；

► DC-DC：通過電容進行濾波，把直流變成電壓可變的交流，然後再把交流變換成直流，通過電感進行儲能、向負載電容釋放能量。800V平台中，假設薄膜電容的單車使用量不變的情況下，電容單價提升67%，單車總價值量有望提升近70元。電感價值量變化情況與主逆變器/OBC所述情況類似；

► 直流充電樁：在直流充電樁應用中，電容保證整流輸出電壓平穩，吸收來自整流電路的紋波電流；而電感能夠有效降低充電樁中電磁干擾和電流帶來的噪音，功率電感有望電能轉換為磁能進行存儲和釋放，降低直流電阻、降低交流電阻、改善直流疊加特性。800V平台中，假設電容的單模塊使用量不變的情況下，單價隨額定電壓上升而提高67%，單模塊總價值量有望提升50元以上；電感價值量變化情況與上述情況類似。

圖表：主逆變器中使用到的被動元件示意

資料來源：TDK，中金公司研究部

圖表：直流充電樁拓中使用的被動原件示意

資料來源：TDK，中金公司研究部

圖表：800V平台下薄膜電容單價增量測算

資料來源：貿澤電子，中金公司研究部

高壓直流繼電器是新能源車與充電樁電路開合控制的核心零部件。與傳統汽車相比，新能源汽車採用電能作為驅動能源，其電氣主迴路在通斷時產生的高溫高壓電弧更大，因此對高壓直流繼電器的滅弧能力提出更高的要求。

圖表：高壓直流繼電器的結構和工作原理

資料來源：泰科官網，宏發股份官網，中金公司研究部

新能源汽車800V高壓化發展會帶來高壓直流繼電器的價值量提升。800V高壓架構下電壓和電流更大，電弧更嚴重，要求高壓直流繼電器具有更強的耐高壓、耐負載、抗衝擊、滅弧和分斷能力。我們認為這有望帶來現有高壓直流繼電器的觸點材料、滅弧技術、腔體設計等方面的升級，帶來其價值量的提升。高壓直流繼電器的使用數量與電動汽車的車型、電路設計有關。從高壓直流繼電器的配備數量上看，充電樁通常配2隻，而純電動乘用車通常單車配備4-8隻（常規主迴路/快充迴路/普通迴路各配2隻、預充/高壓負載迴路各配1隻，如下圖所示）。從價格看，高壓直流繼電器的單價在100-200元區間，由於800V平台的電壓更大、電弧更嚴重,我們預計800V趨勢有望使高壓繼電器的觸點材料、滅弧技術、散熱技術、腔體布局等方面得到改進，同時單價有望翻倍到200-400元區間。根據貿澤電子數據，泰科電子的900V車用繼電器的單價可達875元。綜合來看，我們認為高壓直流繼電器的單車平均價值量有望從1,000元左右提升至2,000元左右。

圖表：保時捷Taycan 800V架構中高壓直流繼電器應用情況

資料來源：保時捷官網，中金公司研究部

熔斷器起電路保護作用，需要快速有效切斷電流。電路發生短路或過載時，通過熱效應使熔體熔化或氣化，產生斷口，斷口產生電弧，熔斷器通過熄滅電弧來切斷故障電路，主要包括熔體、滅弧介質、M效應點、絕緣管殼、接觸端子和指示器。

圖表：熔斷器的結構、熔斷時間與電壓示意圖

資料來源：中熔電氣招股書，小為雲智能公眾號，中金公司研究部

新能源汽車領域主要應用電力熔斷器，分為低壓保護區和高壓保護區。低壓保護低於60VDC，用於對車用的低壓負載進行保護，如車燈、車窗電機、雨刷器電機、喇叭等。高壓保護60VDC-1,000VDC，分主迴路和輔助迴路，其中主迴路包括電池大電流充放電、車輛驅動迴路，輔助迴路包括空調、PTC、DC/DC、OBC。新能源汽車充電樁是高壓保護，應用電壓150VDC-1,000VDC，對充電樁直流側迴路進行短路保護。

新能源汽車800V高壓化發展會帶來激勵熔斷器、智能熔斷器的創新，從而帶來高壓熔斷器的價值量提升。

圖表：激勵熔斷器與電力熔斷器的對比情況

資料來源：中熔電氣招股書，中金公司研究部，註：上表中選取用於主迴路保護的EV系列電力熔斷器、激勵熔斷器進行對比

800V電動汽車平台的熔斷器單車總價值量有望上升。從數量上看，據中熔電氣招股書，充電樁通常配熔斷器1隻，純電動乘用車通常單車配備4-8隻。電動車單車主迴路大部分配備1隻，少數2-3隻，額定電流300-700A，一般布置在BDU中，部分裝在MSD中；輔助迴路3-5隻，額定電流小於100A，主要應用於空調、PTC、DC/DC、OBC等用電負載的迴路保護。從價格看，據中熔電氣招股書、中熔電氣官網產品和阿里批發網數據，輔助迴路熔斷器單價在24元左右，400V平台主迴路熔斷器單價在100-150元左右，800V平台主迴路熔斷器單價在210-280元左右。綜合來看，我們認為400V平台熔斷器單車總價值量約為200-500元，800V平台熔斷器單車總價值量約為300-900元，單車總價值量有望提升60%-70%。

圖表：800V平台下熔斷器單價增量測算

資料來源：中熔電氣招股書，中熔電氣官網，阿里批發網，中金公司研究部

我們認為，雖然800V平台可以緩解新能源汽車續航里程短和補能時間長的問題，但800V系統落地仍在過渡階段，國內外各大車企對800V車型的布局仍面臨從車內系統設計、配套元器件到車外充電樁的升級挑戰，因此800V系統大面積落地的時間與滲透率可能不及預期。

我們認為，800V系統對元器件的耐壓性、穩定性提出更高要求，雖然國內元器件企業在800V領域已有產品布局，但中國企業在SiC器件和BMS芯片等領域較海外龍頭公司仍有技術差距，而耐高壓產品從研發到車規級驗證所需周期長，可能導致國產廠商的市場份額提升緩慢或者不及預期。

本文摘自：2022年8月11日已經發布的《邁向800V時代系列一：半導體及電子元器件單車價值量增長顯著》

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