理想率先邁入補(bǔ)能“5G時(shí)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(tái)和5C電池，純電車型可以實(shí)現(xiàn)峰值500kW以上的充電功率，充電9分30秒續(xù)航能夠達(dá)到400公里。整體用時(shí)較2C純電車型縮短了50%。

這樣的充電速度，恐怕手機(jī)廠商聽了也會(huì)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(rèn)為，比小鵬S4超充技術(shù)來得更兇猛的，是理想口中的“5G補(bǔ)能時(shí)代”。

碳化硅的高光時(shí)刻

我們在之前文章《凜冬至，800V+SiC能帶來新能源汽車的春天嗎？》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(bǔ)能效率猶如一道催化劑。較低的補(bǔ)能效率嚴(yán)重影響了電車的使用體驗(yàn)。

說到底，把大電池塞進(jìn)車終究不是最好的解決辦法。也因?yàn)檫@點(diǎn)，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(shí)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(shí)通用汽車的奧特能平臺(tái)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(jìn)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(tái)和5C電池，仰望則推出了以四電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)為核心的動(dòng)力系統(tǒng)——易四方平臺(tái)。據(jù)悉，易四方平臺(tái)全系車型標(biāo)配碳化硅電控，最高效率可達(dá)99.5%。

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(dòng)車的逆變器將采用碳化硅器件，管理從電池到電機(jī)的電力傳輸。今年1月份，梅賽德斯-奔馳確認(rèn)，未來電動(dòng)汽車將用上碳化硅器件。

毋庸置疑，這是碳化硅的高光時(shí)代，且當(dāng)之無愧。

從市場來看，SiC功率器件的前兩大應(yīng)用包括電動(dòng)汽車和再生能源領(lǐng)域，2022年規(guī)模分別達(dá)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(yù)計(jì)到2025年，車用SiC市場規(guī)模將增至39.82億美元 。

屆時(shí)，整個(gè)純電汽車的碳化硅市場，800V高壓平臺(tái)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(huì)有何不同？

簡單說，電池容量相同時(shí)，用碳化硅可以延長續(xù)航；或者以更小的電池，可以達(dá)到相同的續(xù)航里程，進(jìn)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(huì)”上，毫厘機(jī)電拿出了一組對(duì)比數(shù)據(jù)。在峰值功率上，硅基IGBT模塊可以達(dá)到560KW，而碳化硅則做到了800KW；峰值效率上，IGBT可以達(dá)到98%，碳化硅則能達(dá)到99.5%。

與此同時(shí)，在相同條件下，800V SiC功率器件的開關(guān)和導(dǎo)通損耗都可以做到更低。比如，當(dāng)把器件的開關(guān)頻率從10kHz提高到40kHz時(shí)，碳化硅增加的損耗相對(duì)有限，而硅基IGBT的損耗可能會(huì)有接近3倍的增長，這會(huì)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。

此外還有一點(diǎn)，功率器件往往面臨著一個(gè)高熱通量的問題。如果管理不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)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(dǎo)體透露，國內(nèi)及海外的碳化硅廠商能夠做到90W/(mK)的導(dǎo)熱率，個(gè)別廠商已經(jīng)可以提供130W/(mK)高導(dǎo)熱的基板。正如前文所言，隨著電動(dòng)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(dòng)的發(fā)展趨勢來看，高功率密度和高效率是核心指標(biāo)，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(yuǎn)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(huì)損害汽車性能和效率的辦法。簡言之，碳化硅很好，但終究價(jià)格太貴且很難擴(kuò)大供應(yīng)量。

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(huì)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(jià)比的中端車型上，搭載IGBT和碳化硅的混合器件，達(dá)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(shí)現(xiàn)最佳的性能。

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

安森美（onsemi）中國區(qū)汽車市場技術(shù)負(fù)責(zé)人吳桐認(rèn)為，（混合模塊方案中）單車碳化硅的價(jià)值量雖然有所降低，但會(huì)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(huì)100%采用碳化硅。

換句話說，硅基IGBT與碳化硅MOSFET大概率會(huì)長期共存。就像一個(gè)產(chǎn)品系列一樣，有不同的價(jià)格區(qū)間，有對(duì)應(yīng)的目標(biāo)市場和消費(fèi)群體。碳化硅的價(jià)格不會(huì)無限降低，但成本問題亟需解決。

按照無錫芯動(dòng)半導(dǎo)體的預(yù)估，到2025年，400V平臺(tái)的碳化硅器件成本會(huì)降至硅器件的2.5～3倍；在2027年，碳化硅器件價(jià)格將進(jìn)一步下降到硅器件的2倍左右。而800V碳化硅價(jià)格的下降比例要比400V平臺(tái)低，但整體上，價(jià)格差距會(huì)不斷縮小。

這注定是一場持久戰(zhàn)。

對(duì)電動(dòng)汽車行業(yè)來說，碳化硅是個(gè)提升效率的好東西，它和800V是最佳的搭檔；放眼整個(gè)碳化硅行業(yè)，汽車市場又是一個(gè)絕對(duì)不能錯(cuò)過的風(fēng)口。甚至對(duì)碳化硅從業(yè)者來說，“得汽車得天下”。

因而在華大半導(dǎo)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(gè)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(gè)時(shí)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。可以這樣說，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(yuǎn)的方向上看，以碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體被認(rèn)為是中國超車的絕佳機(jī)會(huì)。國內(nèi)的研發(fā)進(jìn)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(gè)彎道超車的契機(jī)。