800V高壓平臺車型是各大OEM重點(diǎn)布局方向
里程焦慮是制約電動車市場繁榮的主要瓶頸，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”就是目前各車企布局的重點(diǎn)，于是800V高壓平臺應(yīng)運(yùn)而生。
鑒于800V高壓平臺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、蔚來等車企也在積極籌備相關(guān)技術(shù)。從量產(chǎn)時間看，各大車企基于800V高壓技術(shù)方案的新車將在2022年之后陸續(xù)上市。
SiC在高端電動車上應(yīng)用優(yōu)勢明顯，市場暴增
目前預(yù)計能實(shí)現(xiàn)大功率快充的高壓系統(tǒng)架構(gòu)共有三類，而全系高壓有望成為主流。
全系高壓，即800V 動力電池+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，短期車端成本提升較高，但長期來看，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，整車成本必會下降。
在WLTC工況下有仿真數(shù)據(jù)顯示，400V母線電壓，由750V IGBT模塊替換為1200V碳化硅模塊，整車損耗降低4-5%；如果電壓提升至800V，整車損耗將降低6-7%。
對于高端電動車，除了續(xù)航、快充的需求，超強(qiáng)動力、加速性等高性能要求也是各大高端電動車車廠追求的目標(biāo)和尋求差異化的焦點(diǎn)。
比如作為800V架構(gòu)的始作俑者，保時捷的出發(fā)點(diǎn)并非僅僅解決續(xù)航的問題，同時也需要做出高性能、有亮點(diǎn)的純電平臺。
保時捷Taycan是采用完整的800V電池架構(gòu)，電池系統(tǒng)采用800V高壓，電動力總成系統(tǒng)，包括電驅(qū)動、電力電子裝置、充電系統(tǒng)等也都采用800V的系統(tǒng)。在動力總成、充電性能、加速性能等方面，成了下一代電動力總成系統(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。對于電驅(qū)動系統(tǒng)而言，這是“800V”帶來的主要好處。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。
多款高端純電動車型的電機(jī)峰值功率情況
高端電動車有多樣化的系統(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 Plaid版，其搭載的三電機(jī)驅(qū)動系統(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)的車型是其重要型號，在800V電平臺的加持下，據(jù)悉功率峰值來到了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，而為了提升單電機(jī)的峰值功率，往往又受制于單個IGBT模塊或者SiC模塊的電流能力，通常會采用模塊并聯(lián)的方案，比如蔚來的ES8的240kW交流異步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。
SiC用在車用逆變器上，在相同功率等級下，全SiC模塊的封裝尺寸顯著小于硅模塊，同時也可以使開關(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
針對高端電動車的系統(tǒng)需求，利普思重點(diǎn)推出了電流密度較高、滿足整車800V高壓平臺的電機(jī)HPD模塊，該產(chǎn)品在今年4月份已經(jīng)完成臺架負(fù)載測試，模塊的相電流能力可以達(dá)到850V650Arms，在設(shè)計和應(yīng)用上更加簡單方便，可以幫助客戶解決多電機(jī)耦合、模塊并聯(lián)帶來的復(fù)雜系統(tǒng)問題。同時，產(chǎn)品已完成功率循環(huán)實(shí)驗(yàn)，超過6萬次，遠(yuǎn)高于車規(guī)級的4.5萬次標(biāo)準(zhǔn)。目前該SiC模塊已經(jīng)獲得眾多歐洲高端電動車客戶的認(rèn)可，并已開展樣機(jī)測試和量產(chǎn)計劃。
使用利普思SiC模塊的控制器預(yù)計可以達(dá)到的性能參數(shù)：
相比于400V平臺，利普思的SiC模塊可以帶來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，因此可以滿足整車大功率的需求，也可以避免使用復(fù)雜的三電機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)而減小整個系統(tǒng)成本。當(dāng)然，同樣適用于其他大功率需求的電動商用車、電動重卡以及電動工程機(jī)械。
在2022年P(guān)CIM展會，該SiC模塊產(chǎn)品就吸引了很多歐洲整車廠和Tier1的關(guān)注，公司近期也在加大產(chǎn)品在市場的推廣力度。
技術(shù)創(chuàng)新，持續(xù)保證核心競爭力
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)計開發(fā)能力，并掌握很多材料技術(shù)、芯片技術(shù)、模塊設(shè)計技術(shù)，其中利普思采用了ArcbondingTM自主專利功率模塊技術(shù)，與傳統(tǒng)的SiC模塊相比，具有更大的電流、更低的成本、更小的開通關(guān)斷損耗，進(jìn)而給客戶的逆變器產(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ArcbondingTM的獨(dú)特設(shè)計，便于管理逆變器所需的多種電壓等級、電流等級，可升級的解決方案能滿足各種產(chǎn)品需求。
相對于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技術(shù)的話，可以連接的Al 線或者Cu線的數(shù)量非常有限，模塊的可靠性將無法得到保證。尤其在大功率的功率模塊中，需要并聯(lián)6-10個SiC 芯片，如果使用傳統(tǒng)技術(shù)的話也會帶來更多的寄生電感和電阻，影響芯片并聯(lián)工作時的穩(wěn)定性。
利普思研發(fā)的ArcBondingTM表面連接專利技術(shù)，可以有效解決上述問題，能保證6-10個SiC芯片并聯(lián)時，既能擁有很低的寄生電阻和寄生電感及優(yōu)秀的動態(tài)開關(guān)性能，同時也能輕松滿足汽車級應(yīng)用的高一致性和高可靠性標(biāo)準(zhǔn)。
ArcbondingTM專利技術(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。
基于當(dāng)前純電動汽車及商用車?yán)m(xù)航能力和動力性能的提升要求，需要更高效率和更少零部件材料來進(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)碳化硅模塊在電動汽車領(lǐng)域的應(yīng)用。
