理想率先邁入補能“5G時代”，碳化硅的春天來了？

800V，5C，9分30秒，400公里。

這一連串的數(shù)據(jù)，是理想最新交出的成績單。用官方話說，基于800V高壓純電平臺和5C電池，純電車型可以實現(xiàn)峰值500kW以上的充電功率，充電9分30秒續(xù)航能夠達到400公里。整體用時較2C純電車型縮短了50%。

這樣的充電速度，恐怕手機廠商聽了也會沉默。曾憑借單一爆款車型ONE走天下的理想，先后推出了L9，L8，L7套娃系列，如今其正從增程殺向純電的市場。而最好的出場方式，便是拿出一套殺手锏。

或許可以這樣認為，比小鵬S4超充技術(shù)來得更兇猛的，是理想口中的“5G補能時代”。

 圖片來源：理想

碳化硅的高光時刻

我們在之前文章《凜冬至，800V+SiC能帶來的春天嗎？》里提到過，新能源汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的這幾年，新老問題不斷。比如，續(xù)航里程依然是讓新能源車主焦慮的主因，而補能效率猶如一道催化劑。較低的補能效率嚴重影響了電車的使用體驗。

說到底，把大電池塞進車終究不是最好的解決辦法。也因為這點，碳化硅成了這一領(lǐng)域明星般的存在。

2019年，特斯拉Model 3率先將碳化硅功率模塊應(yīng)用在主逆變器中，自此碳化硅開啟“上車”之旅。同年，保時捷Taycan加入800V SiC的陣營。

到2021年，現(xiàn)代IONIQ 5、起亞EV6、捷尼賽思GV60都紛紛用上800V SiC MOSFET。同時通用汽車的奧特能平臺宣布將使用碳化硅技術(shù)，美國Lucid旗下旗艦車型 Air也被爆出將采用碳化硅功率模塊。

不難發(fā)現(xiàn)，碳化硅上車正在不斷提速。截至去年，小鵬、極狐、比亞迪等品牌也加入了這一陣營。轉(zhuǎn)眼來到2023年，仰望、理想相繼宣布進入800V快充市場，再度引燃碳化硅市場的熱度。

其中，理想自研了800V高壓平臺和5C電池，仰望則推出了以四電機獨立驅(qū)動為核心的動力系統(tǒng)——易四方平臺。據(jù)悉，易四方平臺全系車型標配碳化硅電控，最高效率可達99.5%。

 圖片來源：比亞迪

不久后，將有更多的汽車品牌加入到800V SiC陣營。去年10月，捷豹路虎宣布，下一代電動車的逆變器將采用碳化硅器件，管理從電池到電機的電力傳輸。今年1月份，梅賽德斯-奔馳確認，未來電動汽車將用上碳化硅器件。

毋庸置疑，這是碳化硅的高光時代，且當之無愧。

從市場來看，SiC功率器件的前兩大應(yīng)用包括電動汽車和再生能源領(lǐng)域，2022年規(guī)模分別達到了10.9億美元、2.1億美元，占整體SiC功率器件市場產(chǎn)值約67.4%和13.1%。預計到2025年，車用SiC市場規(guī)模將增至39.82億美元 。

屆時，整個純電汽車的碳化硅市場，800V高壓平臺的份額將突破10%。

圖片來源：TrendForce

最大發(fā)展窗口在電車？

既然都是800V，那用了碳化硅會有何不同？

簡單說，電池容量相同時，用碳化硅可以延長續(xù)航；或者以更小的電池，可以達到相同的續(xù)航里程，進而降低系統(tǒng)成本。

在“2023碳化硅功率器件應(yīng)用及測試技術(shù)大會”上，毫厘機電拿出了一組對比數(shù)據(jù)。在峰值功率上，硅基IGBT模塊可以達到560KW，而碳化硅則做到了800KW；峰值效率上，IGBT可以達到98%，碳化硅則能達到99.5%。 

與此同時，在相同條件下，800V SiC功率器件的開關(guān)和導通損耗都可以做到更低。比如，當把器件的開關(guān)頻率從10kHz提高到40kHz時，碳化硅增加的損耗相對有限，而硅基IGBT的損耗可能會有接近3倍的增長，這會直接影響到功率器件的效率提升。 

所以越來越多的車企從碳化硅入手，尋找增加續(xù)航的解決辦法。

 圖片來源：匯川聯(lián)合動力 

此外還有一點，功率器件往往面臨著一個高熱通量的問題。如果管理不當，可能會導致系統(tǒng)過熱，甚至影響到性能和可靠性。這也是為什么只要提到碳化硅，就要談熱阻的重要原因。

據(jù)芯聚能半導體透露，國內(nèi)及海外的碳化硅廠商能夠做到90W/(mK)的導熱率，個別廠商已經(jīng)可以提供130W/(mK)高導熱的基板。正如前文所言，隨著電動汽車滲透率不斷提高，碳化硅勢必將借著這股熱潮，繼續(xù)搶占市場份額。

截至目前，碳化硅在車載逆變器（電控）、DC-DC、車載充電器（OBC）以及充電樁等領(lǐng)域均有應(yīng)用。從電驅(qū)動的發(fā)展趨勢來看，高功率密度和高效率是核心指標，其次為系統(tǒng)集成化、小型化、輕量化。

這其中，電控的增效，主要是靠碳化硅功率器件。

關(guān)乎效率 更關(guān)于“詩和遠方”

既如此，特斯拉為什么放棄了？

特斯拉在3月舉辦的“投資者日”上宣布，其找到了一種可減少75％碳化硅器件用量但又不會損害汽車性能和效率的辦法。簡言之，碳化硅很好，但終究價格太貴且很難擴大供應(yīng)量。

 圖片來源：特斯拉

因而不乏有分析指出，接下來，硅和碳化硅的混合模塊很可能會受到越來越多的采用。比如，在低端車型上使用硅基IGBT；在高性價比的中端車型上，搭載IGBT和碳化硅的混合器件，達到既高效又低成本的要求；而高端車型上，則沿用碳化硅功率模塊來實現(xiàn)最佳的性能。

與此同時，混合器件的方案還可以兼容400V、800V平臺，從而針對市場需求進行靈活配置。

安森美（onsemi）中國區(qū)汽車市場技術(shù)負責人吳桐認為，（混合模塊方案中）單車碳化硅的價值量雖然有所降低，但會大幅度增加碳化硅的使用，未來15萬元以上的車型都有可能用上碳化硅。而800V的高壓系統(tǒng)基本上會100%采用碳化硅。

換句話說，硅基IGBT與碳化硅MOSFET大概率會長期共存。就像一個產(chǎn)品系列一樣，有不同的價格區(qū)間，有對應(yīng)的目標市場和消費群體。碳化硅的價格不會無限降低，但成本問題亟需解決。

按照無錫芯動半導體的預估，到2025年，400V平臺的碳化硅器件成本會降至硅器件的2.5～3倍；在2027年，碳化硅器件價格將進一步下降到硅器件的2倍左右。而800V碳化硅價格的下降比例要比400V平臺低，但整體上，價格差距會不斷縮小。

這注定是一場持久戰(zhàn)。

對電動汽車行業(yè)來說，碳化硅是個提升效率的好東西，它和800V是最佳的搭檔；放眼整個碳化硅行業(yè)，汽車市場又是一個絕對不能錯過的風口。甚至對碳化硅從業(yè)者來說，“得汽車得天下”。

因而在華大半導體戰(zhàn)略規(guī)劃部總經(jīng)理王輝看來，如果一家碳化硅企業(yè)沒有抓住汽車產(chǎn)業(yè)變革的爆發(fā)式窗口期，那么在碳化硅這個事上，就不一定能夠持續(xù)下去。所以這更像是一場國產(chǎn)功率器件的生存戰(zhàn)和超車賽。

寫在最后

今年以來，以ChatGPT為代表的AI大模型迅速崛起，算力缺口一度成為這個時代最緊張的代名詞。有業(yè)內(nèi)人士直言， “云端服務(wù)器的能耗變得非常可怕”。不是可觀，是可怕。也正因如此，在電源轉(zhuǎn)化效率方面，行業(yè)看到了碳化硅的需求?？梢赃@樣說，碳化硅不只是新能源汽車行業(yè)的加速器，其潛力仍等待被開發(fā)。

從更長遠的方向上看，以碳化硅為代表的第三代半導體被認為是中國超車的絕佳機會。國內(nèi)的研發(fā)進程和海外相比，沒有太大的差距，而從應(yīng)用端看，汽車產(chǎn)業(yè)的變革或許能夠創(chuàng)造出一個彎道超車的契機。

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