三电系统核心调整，满足高压平台要求
升级至 800V 高压平台，需要对三电系统进行调整，以满足电气电压提升带来的对耐压、绝缘等可靠性需求。
电池系统：
800V 电池包的 BMS 成本比 400V 高约 1/3。成本端，800V 的电池包需要两倍的串联电池，因此需要两倍的电池管理系统(BMS)电压传感通道。根据 Iman Aghabali 等人的测算，400V 电池包的 BMS 总成本约 602 美金，800V 电池包为 818 美金，即 800V 电池包的成本比 400V 高出约 1/3。电压提升对电池包可靠性提出更高要求。对电池包分析表明，一个 4p5s 配置的电池包在 25C 时可以可靠地执行约 1000 次循环，而 2p10s（电压较 4p5s 提升一倍）配置的电池包只能达到 800 次循环。电压提升会降低电池包可靠性主要是因为单个电芯寿命降低（充电功率提升后，电芯充电倍率将由 1C 提升到≥3C，高充电倍率将造成活性物质的损失，影响电池容量和寿命）。在较低电压的电池包中，并联电池更多，可靠性更高。
800V 高压平台线束直径更小，降低成本和重量。800V 电池包与牵引逆变器、快速充电端口和其他高压系统之间传输电力的直流电缆截面积可以减少，从而降低成本和重量。例如特斯拉 Model 3 在电池组和快速充电接口之间使用了 3/0 AWG 铜线。对于 800V 系统，将电缆面积减半至 1 AWG 电缆，每米电缆需要的铜得重量将减少 0.76kg，因此降低几十美元的成本。总结来讲，由于爬电距离较少以及总线和 PCB 周围的电气空隙要求较少，400V 系统的 BMS 成本更低，能量密度和可靠性略高。而 800V 系统的电力电缆更小，快充速率更高。此外，切换到 800V 电池包还可以提高动力系统特别是牵引逆变器的效率，这种效率的提高可以使电池包的体积缩小，这方面节省的成本以及在电缆方面节省的成本可以弥补800V 电池包额外的 BMS 成本。未来随着组件规模化生产以及成本收益成熟的平衡，会有越来越多的电动车采用 800V 总线架构。
2.2.2 动力电池：超级快充将成为趋势
动力电池 PACK 作为新能源汽车的核心能量源，为车辆提供驱动电能，主要由动力电池模块、结构系统、电气系统、热管理系统以及 BMS 五大部分组成:
1) 动力电池模块就像是电池 PACK 的“心脏”储存和释放能量；
2) 机构系统可以看作为电池 PACK 的“骨架”，主要由电池 PACK 的上盖、托盘及各种支架等组成，起支撑、抗机械冲击和防水防尘的作用；
3) 电气系统主要由高压线束、低压线束以及继电器组成，其中高压线束将动力传输到各部件中，低压线束传输检测信号和控制信号；
4) 热管理系统可分为风冷、水冷、液冷和变相材料四种，电池在充放电的过程中产生大量热量，通过热管理系统将热量传导散发出去，是电池处于合理工作温度内提高电池的安全性并延长使用寿命；
5) BMS 主要包含 CMU 和 BMU 两大部分，CMU（Cell Monitor Unit）为单体监控单元， 测量电池的电压、电流和温度等参数，并将数据通过低压线束传送给 BMU （Battery Management Unit，电池管理单元），如果 BMU 评估数据异常将会发出低电量要求或切断充放电通路对电池进行保护，同时 BMU 还会对电池的电量和温度等参数进行判 断，在需要预警情况下将警示发送给整车控制器。
根据前瞻产业研究院数据，从成本拆分来看，新能源汽车动力成本的 50%在于电芯， 电力电子和 PACK 约各占 20%，BMS 与热管理系统占 10%。2020 年全球动力电池 PACK 装机容量为 136.3GWh，较 2019 年增长 18.3%，全球动力电池 PACK 行业市场规模从 2011 年的 39.8 亿美元左右快速增长至 2017 年的 386 亿美元，预计 2023 年全球动力电池 PACK 市场规模将达到 1863 亿美元，2011 年至 2023 年的 CAGR 约为 37.8%，市场空间巨大。2019 年中国动力电池 PACK 市场规模为 522.48 亿元，装机量从 2012 年的 7.85 万套提升至 2019 年的 124.19 万套，CAGR 为 73.7%，2020 年中国动力电池总装机 64GWh，同比增长 2.9%。动力电池快充技术壁垒高，制约因素复杂。根据 Lithium-ion battery fast charging:A review，影响锂离子电池快充的影响因素来自原子、纳米、Cell、电池包、系统等各个层次，各层次皆包含众多潜在制约因素。据高工锂电，负极高速嵌锂和热管理是快充能力两大关键。1）负极高速嵌锂能力可避免出现析锂、锂枝晶，从而避免电池容量不可逆衰 减和缩短使用寿命。2）电池升温快会产生大量热，容易短路起火，同时电解液也需要较高导电率，并且不与正负极反应，能抗高温、阻燃、防过充。
高压优势明显
电驱动及电控系统：新能源汽车推动碳化硅黄金十年。新能源汽车系统架构中涉及到 SiC 应用的系统主要有电机驱动器、车载充电器（OBC）/非车载充电桩和电源转换系统（车载 DC/DC）。SiC 器件在新能源汽车应用中具有更大优势。IGBT 是双极型器件，在关断时存在拖尾电流，因此关断损耗大。MOSFET 是单极器件，不存在拖尾电流，SiC MOSFET 的导通电 阻、开关损耗大幅降低，整个功率器件具有高温、高效和高频特性，能够提高能源转换 效率。
电机驱动：电机驱动中使用 SiC 器件的优势在于提升控制器效率，提升功率密度和开关频率，减少开关损耗以及简化电路散热系统，从而降低成本、大小，改善功率密度。丰田的 SiC 控制器将电驱动控制器体积减小 80%。
电源转换：车载 DC/DC 变换器的作用是将动力电池输出的高压直流电转换为低压直流电，从而为动力推进、HVAC、车窗升降、内外照明、信息娱乐和一些传感器等不同系统提供不同的电压。使用 SiC 器件可降低功率转换损耗并实现散热部件的小型化，从而减小变压器体积。充电模块：车载充电器和充电桩使用 SiC 器件，能够发挥其高频、高温和高压的优势，采用 SiC MOSFET，能够显著提升车载/非车载充电机功率密度、减少开关损耗并改善热管理。根据 Wolfspeed，汽车电池充电机采用 SiC MOSFET 在系统层面的 BOM 成本将降低 15%；在 400V 系统相同充电速度下，SiC 充电量较硅材料可以翻倍。
特斯拉引领行业潮流，率先在逆变器上使用 SiC。特斯拉 Model 3 的电驱动主逆变器采用意法半导体的全 SiC 功率模块，包含 650V SiC MOSFET，其衬底由科锐提供。目前特斯拉仅在逆变器中引用了SiC材料，未来在车载充电器（OBC）、充电桩等都可以用到SiC。
English
