新能源汽车电控系统的作用是什么

新能源汽车电控系统的主要作用是控制电机输出扭矩，使车辆行驶，整个电控系统与燃油车的发动机和发动机控制器相当。控制器的能量来源于高压电池组(高压直流，一般300-400v)，电机控制器内部通过控制芯片、驱动电路和IGBT等，对不同电机采用不同的控制算法，将直流电转换成交流电，然后输出给电机，再使电机产生扭矩。

控制器的能量来源于高压电池组(高压直流，一般300-400 v)，电机控制器内部通过控制芯片、驱动电路和 IGBT等，对不同电机采用不同的控制算法，将直流电转换成交流电，然后输出给电机，再使电机产生扭矩。

系统框图如下：IGBT的作用是什么?

IGBT主要用于能量转换和传输，广泛应用于新能源汽车、智能电网、航空航天和通讯等领域。

IGBT的全名为：绝缘栅双极晶体管，是一种在新能源汽车上应用极为广泛的半导体。半导体是什么?良好的金属的导电性叫做导体、塑料、陶瓷、木材的导电性差，称为绝缘体。在导体和绝缘体之间，半导体是导电性能。

IGBT是一种由控制电路控制、是否导电的半导体。例如控制电路指示为通，那么 IGBT就是导体，电流通过，如果控制电路指示为断，则IGBT就是绝缘体，电流断开。IGBT可以很容易地将输入的直流电流转换为交流电，只需通过脉宽调制即可转换为频率。充电桩从电网中接出的电流是标准的220伏交流电，而特斯拉电动汽车的电池充电则要求用直流电充电，这就要求 IGBT将交流电变成直流电，并把电压提高到电动车需要的400伏的电压上，才能给7000节18650电池充电。IGBT的性能直接决定了电动车的充电效率和充电速度。

IGBT导通时，可承受数十至数百安培的电流，而断开时，可承受数百至数千伏的电压，而 IGBT在大电流电压下，也可有极高的开关速度，每秒可达一万次。所以 IGBT的好与坏，就直接决定了电动车的加速速度，最高速度是多少，电耗高低，能不能秒级起跑，能不能平滑变速，能不能稳定地停车，性能全靠IGBT。

IGBT是能量转换和传输的核心器件，其它电动汽车如高铁也大量使用 IGBT，一辆高速铁路上要用近200个 IGBT芯片， IGBT很贵，一块进口三菱的 IGBT芯片 IGBT很贵， IGBT控制芯片价值15万左右。用大约150块 IGBT芯片的特斯拉 Model 3上，除了电池之外，这也是最昂贵的部件，占总成本的20%以上。

IGBT市场基本上被国外的英飞凌、三菱等公司垄断，中国有自主知识产权，做的比较好的是比亚迪。

(图/文/摄： 问答叫兽) 蔚来EC6 小鹏汽车P7 MARVEL R 岚图FREE 奥迪A4L Model Y @2019

车企要强化自身技术储备，投资功率半导体，其实不是选修课，而是必修课。

文 /《汽车人》齐策

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今年下半年，汽车芯片供应进一步缓解。而全球车企对于前两年“缺芯”的折磨，仍然记忆犹新，它们纷纷自己掏钱投资芯片产能。

十大类芯片里面，汽车常用的有主控芯片、MCU功能芯片、功率半导体、存储芯片、通信芯片及其它芯片(传感芯片为主)六大类。而现在仍能得到车企大量投资的，主要是功率半导体、控制类芯片(MCU和MPU等)和算力芯片。这两年供应出问题的，主要也在这三类里面。

功率半导体快速增长

不过高算力芯片(GPU、CPU和车载Soc)为高制程芯片，为少数大设计公司和代工厂垄断，技术门槛比较高，车企一时很难插手。MCU芯片受重视程度很高，但算力芯片发育起来之后，随着新一代架构逐渐问世，MCU的重要性有所下滑。

功率半导体的技术进化很快，新能源汽车产业已经成为功率器件需求增加最快的用户，2025年更会成为绝对需求量最大的用户。功率半导体属于成熟制程(90nm-300nm之间)，其技术发展和产能并不遵循摩尔定律。

顺便说一句，功率半导体和功率芯片，虽然都用来实现功率转换、开关、整流等功能，是电能转换与电路控制的核心，但两者概念范围有所不同。前者包括功率器件(比如二极管、晶体管、闸晶管等)，也包含功率IC(即功率芯片)。

而功率器件则包括电源管理、驱动、AC/DC(数模转换)、DC/DC(直流变换)。显然，前者既包括分立器件，也包括集成电路，而后者专指集成电路。

虽然《汽车人》讨论的重点是IGBT(绝缘栅双极型晶体管)和SiC(碳化硅)，都是分立器件，但它们经常被集成到一个大的混合模块里面。因此，本文不再区分两者。

根据一家设在波士顿的研究所数据，如果从价值角度，燃油车里面MCU芯片价值占比最高(23%)，其次为功率半导体(21%)，传感器芯片排名第三(13%)。

在纯电车型中，功率半导体价值占比达到55%，其次是MCU芯片(11%)和传感器芯片(7%)。2022年，新能源汽车的单车功率半导体价值量达458.7美元，约为传统燃油车的5倍。而量价齐升带动，汽车领域功率半导体市场份额逐年提高，金额约为160亿美元。

虽然这已是一两年前的数据，但可以大略了解功率半导体的重要性。

这两年，随着电气化的深入，DC/DC模块、电机控制系统、BMS、高压电路的需求量急剧上升，功率半导体的需求水涨船高。在所有车用半导体里面，功率半导体占比已经达到35%，全球市场年交易价值超过200亿美元。这一数字还在快速提升。

国内产能现状

当前中国的新能源车占了全球近60%的比例，对IGBT的需求占了43%。而碳化硅市场要小得多，2023年预计衬底(碳化硅的晶圆片，占价值60%以上)的全球市场规模只有10亿美元左右，但同样也在快速增长。

去年，国内IGBT自给率只有10%，存在巨大缺口。而今年预计自给率就飞速增长到33%。显然，跨国

厂商

和国内资本，三年内对此进行了密集投资，导致国内产能上来了。碳化硅也必然走IGBT的路线。

从静态局面来看，SiC美欧日占了上风，去年，SiC材料的70%来自美国公司。欧洲也拥有完整的SiC衬底、外延、器件以及应用产业链，日本则在SiC模块和应用开发方面占据领先优势。

中国目前已具备完整的碳化硅产业链，在材料制备和封测应用等部分环节具有国际竞争力。《汽车人》可以预见，最终两者都将演绎中国奋起直追，然后占据全球50%以上产能的传统戏码。

有人认为，人们比较熟悉的所有硅基芯片，都算第一代半导体，而砷化镓、磷化铟等为第二代，碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体(击穿电压很高)为第三代半导体。第三代最大的好处，就是抗高温、高功率、高压、高频和高辐射。这让其在大功率快充、大功率电机和主逆变器方面大显身手。

这都是电动车现在拼命升级的几个能力，让碳化硅变得炙手可热。如果IGBT已经建立稳固的现实需求，碳化硅的需求则代表未来业内生态。不过，后者的产能还受到很大制约。

碳化硅晶锭生产，目前国内的水平是这样的：在长晶炉里15-20天，大概能长出35mm。而国外普遍水平是同样时间50mm。目前，实验室里面创造的世界记录是15天生长130mm(重复性有待验证，尚未量产)。好消息是长晶炉等设备已实现国产化，未来三到五年窗口期，国内产能会上一个大台阶。

车企加速投资

重要又短缺，而且还赚钱，下游资金介入上游也就有了理由。汽车企业也不例外。

继2022年之后，2023年上半年，车企投资功率器件的热潮有增无减。事实上，这已经变成全行业的共识(一级供应商同样大手笔投资)。

除了保供(提升供应链关键环节的掌控能力)，其实技术上有更充分的理由。几乎所有车企都同意，必须将三电核心技术掌握在自己手里。现在流行的“N合一”电机，车载多种设备要求的升压和五花八门的AC/DC、DC/DC变换，系统集成化要求，几乎每一样控制系统都离不开对功率半导体的技术掌握。

车企要强化自身技术储备，投资功率半导体，其实不是选修课，而是必修课。

从2021年到今年，车企投资功率半导体，成为一股越来越强劲的浪潮。

不过，和电池投资有点相似，车企投资功率半导体，也有自己孵化、合资合作和战投三种方式。

自己孵化的典型，莫过于

比亚迪

。吉利、

长城

和

奇瑞

，孵化产能则晚得多。比亚迪从2005年开始探索IGBT生产，到2018年推出IGBT 4.0芯片，去年开始介入碳化硅生产。

吉利2022年成立了自己的功率半导体公司，今年3月该公司成功实现IGBT产品流片，今年装车应该问题不大。长城筹备的功率半导体生产线正在紧锣密鼓地建设，年底前可能会投产。奇瑞也在4年前开始启动IGBT生产链，目前旗下IGBT模块项目还在筹备中。

车企介入都是最近几年的事情，选择投资某个供应商的比“自研自投”的要多。完成碳化硅晶体管、SBD、驱动IC车规级验证的瞻芯电子，成为各路资本的宠儿。

2022年，瞻芯电子先后得到

上汽集团

、

广汽集团

、北汽集团(2020年)、

小鹏

的多轮投资(其中小鹏独家投资一轮)。类似的投资一年有几十起。

合资与战投虽然都是成为股东，但区别在于合资要参与经营，而战投一般不介入日常运营。也就是说，与上游供应商达成合资协议，更有利于协同上下游业务，对供应链和技术掌控力更强一些。

2021年，中国

一汽

与亿马半导体合资公司的碳化硅项目投产，年产30万个模块。2022年，广汽与株洲中车时代合资，开展IGBT产业化应用。2023年6月，深蓝与斯达半导体合资。更早的2019年，

东风

与中国中车组建“智新半导体”，研发IGBT模块。2023年理想与三安半导体合资成立”斯科半导体”，产能还在规划中。

这三种战略合作方式，绝大多数主流车企都或多或少地涉及，完全置身事外的几乎没有。国内的闻泰科技(收购了荷兰的安世半导体)、士兰微、斯达半导等一大批功率半导体企业，已经获得了多个主机厂、一级供应商资本的支持，正在寻求国产替代进程。功率半导体创业热潮，今年已经进入后半程。

与中国品牌热情度相似，跨国公司今年集体在碳化硅上发力。光是今年上半年，大众汽车、

现代

-

起亚

、

宝马

、

福田

汽车、

极氪

、纬湃科技，都投资了安森美的SiC项目。Wolfspeed、意法半导体等，也获得了多个主机厂的长期供货合同。这些协议的价值超过29亿美元。

其实这只是冰山一角，SiC器材

厂商

这两年从未停止过扩产。上半年，全球与SiC相关的项目资本支出，加起来可能超过千亿人民币。对于一个年交易价值10亿美元的市场来说，这预示着两年内将迎来市场爆发。

打通了生产流程和技术障碍之后，晶圆生长率的落后，依照历史经验会快速得到改善。中国占有率将从微不足道快速提升至全球重要地位，甚至是头号供应国。只要有庞大的需求牵引，进而便打通了生产技术，这类演变在历史上已经多次发生。既然中企在IGBT占有率上提升很快，SiC应该也不例外。【版权声明】本文系《汽车人》原创稿件，未经授权不得转载。

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自2019年保时捷发布Taycan以来，800V电压平台一直都带有高端电动车的标签，不过从技术发展及市场观察来看，800V高压快充正逐步成为电动 汽车 标配，这里按照Why-How-What的逻辑进行更加深入分析。

电动 汽车 的终极目标是取代燃油车，随着动力电池技术成熟，安全、续航、耐候等方面痛点正逐步解决，特别地为了接近燃油车加油的使用体验，快充的优先级也越来越高。

而要实现快充，在相同带电量情况下，充电功率越高，充电速度越快;而要提高充电功率，最好的方式是提高电压。

电压的提升，意味相同功率下电流更小，可以缩小线束的横截面积，也可降低电量的损耗。

因此电动 汽车 要实现快充，采用高电压整车平台是比较可行的方式。

2019年保时捷推出了800V电压平台的Taycan后，现代E-GMP5、奔驰EVA、通用第三代纯电动平台以及大众之后Trinity，都选择了800V电压平台。

在国内，比亚迪基于IGBT电压平台已经达到了600V-700V左右，而比亚迪汉首次采用了碳化硅MOSFET，也是奔着800V甚至是1000V的高压去的;吉利SEA浩瀚平台、广汽、奇瑞、上汽等车企都在规划800V的方案。

需要指出的是，特斯拉的第三代充电桩功率250Kw，峰值工作电流600A，整车电压平台依然在400V左右，走的是低压大电流的路线。

从主流趋势来看，整车800V的电压平台或逐步成为标配。喜车网

无论电动 汽车 尺寸大小，现有的电压平台一般在400V左右，而从400V升级为800V也有很多种方式。

最简单的方式是，保证相同带电量，通过更改电芯的串并联方式，增加串联的数量，就可以提高电池包的电压。通过提高电压来充电功率，但同时通过每一个电芯的电流也增加了一倍。

为了兼容现有的400V充电桩，一般通过额外搭载直流充电机DC/DC，将充电桩输出的电从400V升高至800V再进行充电。

而为了适配400V空调压缩机，也可以通过搭载高低压转换器，将电池包800V的电压降低至400V以适配空调压缩机工作。

第一，触电风险。

根据IEC60038标准，直流电压在120V和1500V之间都被定义为低压，在这范围内主要风险是触电，而非电弧。而电动 汽车 内的高压部件的外壳一般通过车身接地，而电源不接地，若出现漏电情况，人员接触后不会形成闭合回路，因此从400V升级到800V，对触电的风险不会很大。

第二，对零部件的挑战。

首先是对动力电池的挑战，温度是限制快充的关键因素，温度降低，锂离子扩散和反应速率变慢，析锂的风险会增加;但温度太高，SEI膜又可能会分解，极端情况下，还会引起热失控。

而在电芯材料层面，负极是快充主要关注对象，需要降低负极的内阻，减少电极的厚度。

快充也会对动力电池的冷却系统以及BMS带来更高要求，也可以调整充电策略的提高快充能力。

目前大电池厂商已经开发出了高倍率的快充电池。

其次是对电驱动的挑战，电压提高对绝缘能力、耐压等级以及爬电距离提出更高的要求。特别是IGBT，其耐压等级介于600-750V间，800V的高电压会使IGBT阻抗增加，频率性能下降。

因此，碳化硅MOSFET开始展露头角，但仍然存在成本、产能、良率等方面问题。

再次，针对于空调压缩机、PTC、DC/DC、车载充电机，需要面向更高的电压平台进行开发，但市场上已经有了应用。

第三，充电标准需要统一。

目前全球电动 汽车 存在着三种直流快充充电系统和四种接口，日本CHAdeMO充电系统和接口，国标GB/T充电系统和接口，以及CCS充电系统下的美国CCS1和欧洲CCS2接口。

目前中国和日本的充电标准正在逐步走向融合，Chaoji已经在2021年发布，最高电压支持1500V到900kW的充电功率，预计到2025年会大规模安装，而CCS标准也在走向融合。

最终目标是充电标准需要全球统一。

第四，充电桩的改造。

国内市场上已有的直流快充设施，主流充电功率介于120kW-150kW，因此需要对充电桩进行大规模改造。

不过从DC500V系统升级到DC950V系统，除了充电枪、线、直流接触器、直流熔丝做出改变外，其余的电表、充电模块、主控模块等都无需进行重新选型，整体上影响比较小。

快充将会成为近几年来电动化领域重点关注以及攻关对象，目前从技术层面基本已经解决，考虑充电标准、充电桩建设等问题，要大规模铺开预计在2023-2025年左右。

高压快充会或逐步成为电动 汽车 的标配，个别车企依靠体量优势辅以换电路线，尽可能接近燃油车加油体验。

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