800V高壓平臺(tái)車(chē)型是各大OEM重點(diǎn)布局方向

里程焦慮是制約電動(dòng)車(chē)市場(chǎng)繁榮的主要瓶頸，仔細(xì)分析里程焦慮的背后的含義就是“續(xù)航短”、“充電慢”。目前續(xù)航除了堆電池，難以出現(xiàn)突破性進(jìn)展，那么“快充”、“超充”就是目前各車(chē)企布局的重點(diǎn)，于是800V高壓平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生。

鑒于800V高壓平臺(tái)可有效解決充電焦慮，目前大部分主機(jī)廠已進(jìn)行了相關(guān)布局。2021年比亞迪、吉利、長(zhǎng)城、小鵬、零跑等相繼發(fā)布了800V高壓技術(shù)的布局規(guī)劃，理想、蔚來(lái)等車(chē)企也在積極籌備相關(guān)技術(shù)。從量產(chǎn)時(shí)間看，各大車(chē)企基于800V高壓技術(shù)方案的新車(chē)將在2022年之后陸續(xù)上市。

SiC在高端電動(dòng)車(chē)上應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯，市場(chǎng)暴增

目前預(yù)計(jì)能實(shí)現(xiàn)大功率快充的高壓系統(tǒng)架構(gòu)共有三類(lèi)，而全系高壓有望成為主流。

全系高壓，即800V 動(dòng)力電池+800V電機(jī)、電控+800V OBC、DC/DC、PDU+800V 空調(diào)、PTC。

該架構(gòu)不僅對(duì)電池系統(tǒng)要求很高，電控、OBC、DC/DC 中功率器件需要由Si 基IGBT替換成SiC MOSFET，電機(jī)、壓縮機(jī)、PTC 等均需要提升耐壓性能，短期車(chē)端成本提升較高，但長(zhǎng)期來(lái)看，在產(chǎn)業(yè)鏈成熟以及規(guī)模效應(yīng)具備之后，加上部分零部件體積的減小，能效的提升，整車(chē)成本必會(huì)下降。

在WLTC工況下有仿真數(shù)據(jù)顯示，400V母線(xiàn)電壓，由750V IGBT模塊替換為1200V碳化硅模塊，整車(chē)損耗降低4-5%；如果電壓提升至800V，整車(chē)損耗將降低6-7%。

對(duì)于高端電動(dòng)車(chē)，除了續(xù)航、快充的需求，超強(qiáng)動(dòng)力、加速性等高性能要求也是各大高端電動(dòng)車(chē)車(chē)廠追求的目標(biāo)和尋求差異化的焦點(diǎn)。

比如作為800V架構(gòu)的始作俑者，保時(shí)捷的出發(fā)點(diǎn)并非僅僅解決續(xù)航的問(wèn)題，同時(shí)也需要做出高性能、有亮點(diǎn)的純電平臺(tái)。

保時(shí)捷Taycan是采用完整的800V電池架構(gòu)，電池系統(tǒng)采用800V高壓，電動(dòng)力總成系統(tǒng)，包括電驅(qū)動(dòng)、電力電子裝置、充電系統(tǒng)等也都采用800V的系統(tǒng)。在動(dòng)力總成、充電性能、加速性能等方面，成了下一代電動(dòng)力總成系統(tǒng)標(biāo)桿。

當(dāng)然，“800V碳化硅”除了能提高充電速度以外，還能有效地提高電機(jī)峰值功率。對(duì)于電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)而言，這是“800V”帶來(lái)的主要好處。所以我們可以看到博格華納 800V的電機(jī)峰值功率400kW，LUICD 800V電機(jī)峰值功率500kW。

             多款高端純電動(dòng)車(chē)型的電機(jī)峰值功率情況

高端電動(dòng)車(chē)有多樣化的系統(tǒng)配置方案，像雙電機(jī)、三電機(jī)方案市面上已經(jīng)出現(xiàn)很多應(yīng)用。比如2021款Model S， 三電機(jī)全輪驅(qū)動(dòng) Plaid版，其搭載的三電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功率達(dá)到809kW，即便是背負(fù)著大尺寸鋰電池組，整備質(zhì)量達(dá)到2噸以上，還是能實(shí)現(xiàn)2.1s的零百加速，順便還有840km的NEDC續(xù)航。

Lucid Air搭載三電機(jī)的車(chē)型是其重要型號(hào)，在800V電平臺(tái)的加持下，據(jù)悉功率峰值來(lái)到了1800Ps大關(guān)，零-百加速也已經(jīng)放在2s之內(nèi)。

但是采用三電機(jī)畢竟會(huì)因?yàn)閺?fù)雜的減速器耦合系統(tǒng)、扭矩分配策略等細(xì)節(jié)而增加難度和風(fēng)險(xiǎn)，而為了提升單電機(jī)的峰值功率，往往又受制于單個(gè)IGBT模塊或者SiC模塊的電流能力，通常會(huì)采用模塊并聯(lián)的方案，比如蔚來(lái)的ES8的240kW交流異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

SiC用在車(chē)用逆變器上，在相同功率等級(jí)下，全SiC模塊的封裝尺寸顯著小于硅模塊，同時(shí)也可以使開(kāi)關(guān)損耗降低75％（芯片溫度為150°C）。而在相同封裝下，全SiC模塊具備更高的電流輸出能力，支持逆變器達(dá)到更高功率。

利普思推出高電流密度SiC模塊

針對(duì)高端電動(dòng)車(chē)的系統(tǒng)需求，利普思重點(diǎn)推出了電流密度較高、滿(mǎn)足整車(chē)800V高壓平臺(tái)的電機(jī)HPD模塊，該產(chǎn)品在今年4月份已經(jīng)完成臺(tái)架負(fù)載測(cè)試，模塊的相電流能力可以達(dá)到850V650Arms，在設(shè)計(jì)和應(yīng)用上更加簡(jiǎn)單方便，可以幫助客戶(hù)解決多電機(jī)耦合、模塊并聯(lián)帶來(lái)的復(fù)雜系統(tǒng)問(wèn)題。同時(shí)，產(chǎn)品已完成功率循環(huán)實(shí)驗(yàn)，超過(guò)6萬(wàn)次，遠(yuǎn)高于車(chē)規(guī)級(jí)的4.5萬(wàn)次標(biāo)準(zhǔn)。目前該SiC模塊已經(jīng)獲得眾多歐洲高端電動(dòng)車(chē)客戶(hù)的認(rèn)可，并已開(kāi)展樣機(jī)測(cè)試和量產(chǎn)計(jì)劃。

使用利普思SiC模塊的控制器預(yù)計(jì)可以達(dá)到的性能參數(shù)：

相比于400V平臺(tái)，利普思的SiC模塊可以帶來(lái)2倍以上的功率提升；相比于業(yè)內(nèi)HPD SiC模塊450Arms 電流能力，功率密度也提升了超過(guò)40%。

如上表所示，采用利普思HPD SiC模塊的控制器峰值功率可以達(dá)到430KW，因此可以滿(mǎn)足整車(chē)大功率的需求，也可以避免使用復(fù)雜的三電機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)而減小整個(gè)系統(tǒng)成本。當(dāng)然，同樣適用于其他大功率需求的電動(dòng)商用車(chē)、電動(dòng)重卡以及電動(dòng)工程機(jī)械。

在2022年P(guān)CIM展會(huì)，該SiC模塊產(chǎn)品就吸引了很多歐洲整車(chē)廠和Tier1的關(guān)注，公司近期也在加大產(chǎn)品在市場(chǎng)的推廣力度。

技術(shù)創(chuàng)新，持續(xù)保證核心競(jìng)爭(zhēng)力

利普思的SiC模塊擁有如此強(qiáng)勁的電流能力，主要是緣于利普思擁有強(qiáng)大的模塊設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力，并掌握很多材料技術(shù)、芯片技術(shù)、模塊設(shè)計(jì)技術(shù)，其中利普思采用了Arcbonding^TM自主專(zhuān)利功率模塊技術(shù)，與傳統(tǒng)的SiC模塊相比，具有更大的電流、更低的成本、更小的開(kāi)通關(guān)斷損耗，進(jìn)而給客戶(hù)的逆變器產(chǎn)品減少碳化硅芯片、元器件和機(jī)械件等的使用量。此外，該創(chuàng)新型800V碳化硅模塊得益于Arcbonding^TM的獨(dú)特設(shè)計(jì)，便于管理逆變器所需的多種電壓等級(jí)、電流等級(jí)，可升級(jí)的解決方案能滿(mǎn)足各種產(chǎn)品需求。

相對(duì)于IGBT, 有相同電流輸出能力的SiC的芯片面積只有IGBT的大約1/4，采用傳統(tǒng)IGBT 模塊中使用的綁定線(xiàn)技術(shù)的話(huà)，可以連接的Al 線(xiàn)或者Cu線(xiàn)的數(shù)量非常有限，模塊的可靠性將無(wú)法得到保證。尤其在大功率的功率模塊中，需要并聯(lián)6-10個(gè)SiC 芯片，如果使用傳統(tǒng)技術(shù)的話(huà)也會(huì)帶來(lái)更多的寄生電感和電阻，影響芯片并聯(lián)工作時(shí)的穩(wěn)定性。

利普思研發(fā)的ArcBonding^TM表面連接專(zhuān)利技術(shù)，可以有效解決上述問(wèn)題，能保證6-10個(gè)SiC芯片并聯(lián)時(shí)，既能擁有很低的寄生電阻和寄生電感及優(yōu)秀的動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)性能，同時(shí)也能輕松滿(mǎn)足汽車(chē)級(jí)應(yīng)用的高一致性和高可靠性標(biāo)準(zhǔn)。

Arcbonding^TM專(zhuān)利技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用到利普思的HPD SiC模塊和ED3S SiC等系列模塊產(chǎn)品中。

相比市場(chǎng)上的HPD SiC模塊產(chǎn)品，利普思產(chǎn)品具有更低的導(dǎo)通電阻、更小的寄生電感、更低熱阻等優(yōu)勢(shì)。

基于當(dāng)前純電動(dòng)汽車(chē)及商用車(chē)?yán)m(xù)航能力和動(dòng)力性能的提升要求，需要更高效率和更少零部件材料來(lái)進(jìn)一步提升逆變器產(chǎn)品及電驅(qū)總成的功率密度，而利普思成功研發(fā)并量產(chǎn)的800V系統(tǒng)用大功率碳化硅模塊，以技術(shù)先進(jìn)性引領(lǐng)碳化硅模塊在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用。