電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/莫婷婷）國(guó)慶小長(zhǎng)假，與往年一樣的是高速路上繼續(xù)上演“堵車(chē)大集合”，不一樣的是新能源汽車(chē)成為“堵車(chē)大集合”的新亮點(diǎn)——“充電1小時(shí)，排隊(duì)4小時(shí)”，來(lái)自網(wǎng)友的調(diào)侃被送上網(wǎng)絡(luò)熱搜，電動(dòng)車(chē)的“充電焦慮”“續(xù)航焦慮”再次成為關(guān)注的重點(diǎn)和揮之不去的“憂愁”。

高速電動(dòng)車(chē)充電困難的原因，除了汽車(chē)保有量提升而充電樁數(shù)量不足的矛盾，最為顯著的就是充電慢。如果能提高充電速度，或許能進(jìn)一步緩解充電壓力，為了解決這個(gè)問(wèn)題，不少?gòu)S商瞄準(zhǔn)了充電技術(shù)。9月，小鵬汽車(chē)發(fā)布了基于800V高壓SiC平臺(tái)量產(chǎn)的首款車(chē)型——小鵬G9，定位“超快充全智能SUV”。800V高壓SiC平臺(tái)在新能源汽車(chē)領(lǐng)域一直備受關(guān)注，如今小鵬G9成為國(guó)產(chǎn)汽車(chē)中率先落地的廠商，為其在造車(chē)新勢(shì)力的競(jìng)賽中帶來(lái)不少競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

由于800V高壓快充技術(shù)緩解了續(xù)航短、充電慢等電動(dòng)汽車(chē)的痛點(diǎn)，成為越來(lái)越多車(chē)企在布局電動(dòng)化過(guò)程中的選擇。不過(guò)，國(guó)內(nèi)宣布布局800V碳化硅高壓平臺(tái)的汽車(chē)廠商并不多，天風(fēng)證券電子團(tuán)隊(duì)研究員李泓依認(rèn)為，第三代半導(dǎo)體沒(méi)有全面鋪開(kāi)的原因主要就在于其生長(zhǎng)周期長(zhǎng)，制造成本非常高。

但國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)對(duì)碳化硅市場(chǎng)的發(fā)展普遍持樂(lè)觀態(tài)度。數(shù)據(jù)顯示，2021 年國(guó)內(nèi) SiC 器件和SiC模塊的市場(chǎng)規(guī)模分別為 10 億元和24 億元，預(yù)計(jì)到2025 年有望達(dá)到 62 億 元和78 億元， SiC器件將以 58%的年復(fù)合增速增長(zhǎng)。而新能源汽車(chē)在全球范圍內(nèi)的普及將是碳化硅產(chǎn)業(yè)落地的重要機(jī)遇。

碳化硅市場(chǎng)迎來(lái)拐點(diǎn)，國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)加速布局

碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈主要分為三個(gè)環(huán)節(jié)：上游襯底，中游外延片和下游器件制造。其中，襯底是碳化硅成本高昂的主要環(huán)節(jié)。未來(lái)碳化硅成本下降主要依托于以下三大方面，一是產(chǎn)能擴(kuò)張帶來(lái)的規(guī)模效應(yīng)，二是智能化制造方式提升生產(chǎn)效率，三是不斷優(yōu)化襯底生產(chǎn)技術(shù)。天風(fēng)證券電子團(tuán)隊(duì)研究員李泓依認(rèn)為，在以上三大因素的作用下，碳化硅的成本有望每年實(shí)現(xiàn)20%——30% 的價(jià)格下滑，預(yù)計(jì)到2026年會(huì)逐漸體現(xiàn)出綜合價(jià)格優(yōu)勢(shì)。

由此推斷出碳化硅的五大發(fā)展階段。第一階段是在2019 年以前，這是一個(gè)尚未成熟的階段，僅有少量的廠商開(kāi)啟碳化硅研發(fā)。2019到2021 年進(jìn)入平穩(wěn)增長(zhǎng)階段。從2022年開(kāi)始，碳化硅增長(zhǎng)迎來(lái)拐點(diǎn)，包括汽車(chē)電動(dòng)化、充電基礎(chǔ)設(shè)施的擴(kuò)建進(jìn)度、5G技術(shù)加速部署、以特斯拉為代表的車(chē)企開(kāi)始采用碳化硅上車(chē)的方案等。從2024年到2026 年，隨著碳化硅的價(jià)格下降，體現(xiàn)出綜合成本優(yōu)勢(shì)，會(huì)進(jìn)入加速成長(zhǎng)階段。到2026年以后，成本優(yōu)勢(shì)帶動(dòng)個(gè)碳化硅產(chǎn)業(yè)全面鋪開(kāi)。

在現(xiàn)階段，碳化硅市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)格局顯現(xiàn)出龍頭效應(yīng)。在襯底端，美國(guó)科銳公司（Wolfspeed）占據(jù)了60%以上的市場(chǎng)份額，加上日本、歐洲等國(guó)際企業(yè)，合計(jì)約占據(jù)80%的市場(chǎng)份額。當(dāng)然，國(guó)內(nèi)廠商也在加快碳化硅襯底的產(chǎn)能擴(kuò)充，借此搭上產(chǎn)業(yè)快車(chē)。此前，天岳先進(jìn)在科創(chuàng)板IPO，擬募資20億元，將用于碳化硅半導(dǎo)體材料項(xiàng)目。山東天岳的襯底產(chǎn)品主要是4英寸，6英寸預(yù)計(jì)到2023年量產(chǎn)，但在全球碳化硅襯底市場(chǎng)中，山東天岳現(xiàn)在已經(jīng)是僅次于科銳公司、美國(guó)二六（II-VI）的全球第三大廠商。另外東莞天域等外延片廠商、泰科天潤(rùn)等器件廠商也在相應(yīng)板塊加速布局。



得益于碳化硅的性能優(yōu)勢(shì)，光伏、新能源汽車(chē)等都是主要的細(xì)分應(yīng)用市場(chǎng)。小鵬汽車(chē)動(dòng)力總成中心IPU硬件高級(jí)專(zhuān)家陳宏曾指出，相比硅基半導(dǎo)體，碳化硅基的可以降低整5倍以上的能力損耗，提高電機(jī)逆變器4%的效率，增加約7%的整車(chē)?yán)m(xù)航里程。在新能源汽車(chē)的應(yīng)用中，碳化硅是可以非常顯著地帶來(lái)能源節(jié)約。

目前，大多數(shù)新能源汽車(chē)高壓電氣系統(tǒng)電壓范圍一般為230V至450V，統(tǒng)稱為400V系統(tǒng)。在快充技術(shù)的發(fā)展下，高壓電氣系統(tǒng)提升至550V至930V之間，這個(gè)區(qū)間統(tǒng)稱為800V。從2021年開(kāi)始，碳化硅相關(guān)供應(yīng)鏈廠商就開(kāi)始與汽車(chē)廠商達(dá)成合作，共同推進(jìn)800V碳化硅高電壓平臺(tái)的落地。

例如在2020年，吉利發(fā)布了支持800V的SEA浩瀚架構(gòu)。吉利旗下威睿電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)（寧波）有限公司和芯聚能在2021年成立了芯粵能半導(dǎo)體，未來(lái)將采用SiC器件整車(chē)電壓平臺(tái)提升至800V。例如，吉利在2021年5月份通過(guò)旗下威睿電動(dòng)汽車(chē)與碳化硅企業(yè)芯聚能半導(dǎo)體等，合資成立了廣東芯粵能半導(dǎo)體有限公司，未來(lái)采用碳化硅器件整車(chē)電壓平臺(tái)提升至800V。2021年6月，英飛凌推出電動(dòng)車(chē)逆變器SiC模組，未來(lái)將應(yīng)用于現(xiàn)代汽車(chē)下一代800V電動(dòng)車(chē)型中。

數(shù)據(jù)顯示，2021年特斯拉全年的交付量達(dá)93.62萬(wàn)輛，其中，特斯拉Model S / X 交付量達(dá) 24964 輛，Model 3 / Y 交付量達(dá) 911208 輛。這四個(gè)版本均采用了碳化硅。業(yè)內(nèi)人士預(yù)計(jì)，特斯拉在今年的銷(xiāo)量會(huì)出現(xiàn)翻倍。除此之外，隨著現(xiàn)代起亞EV6、小鵬G9等汽車(chē)相應(yīng)的碳化硅上車(chē)規(guī)劃，天風(fēng)證券研究所預(yù)計(jì)今年會(huì)有200萬(wàn)臺(tái)汽車(chē)會(huì)使用到碳化硅。

李泓依認(rèn)為，隨著整個(gè)碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈下游，特別是新能源汽車(chē)的帶動(dòng)，我們可以看到這個(gè)短中期都會(huì)呈現(xiàn)出需求非常景氣的狀態(tài)。我們認(rèn)為整個(gè)碳化硅的需求端會(huì)高速發(fā)展，特別是在新能源汽車(chē)領(lǐng)域，但是也有可能在短期內(nèi)處在不足的情況。

低損耗、高續(xù)航，碳化硅助力800V高壓平臺(tái)優(yōu)勢(shì)盡顯

為何800V會(huì)代替400V成為新的趨勢(shì)？眾所周知，當(dāng)下新能源汽車(chē)有兩大焦慮，一是電量焦慮，二是里程焦慮。從技術(shù)角度上考慮，為了提升整車(chē)的充電功率，就要從電壓或者電流入手。如果提升充電電流，就需要更粗重的線束、更多的發(fā)熱量，并且還會(huì)產(chǎn)生更高的熱損失。在相同的功率下，如果提升電壓，電流就可以降低，相對(duì)應(yīng)電池?fù)p耗、線束損耗、充電樁損耗也就會(huì)下降，而且設(shè)計(jì)上更自由。這也是800V電壓平臺(tái)會(huì)被考慮的原因。



業(yè)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)指出，800V高壓平臺(tái)相較400V系統(tǒng)具有四大優(yōu)勢(shì)。一是800V高壓平臺(tái)可以做到更高的充電功率，消除充電慢的焦慮。二是有更加低廉的快充系統(tǒng)成本。三是降低快充損耗，實(shí)現(xiàn)充電節(jié)能。四是車(chē)輛行駛緩解能耗低，這主要是得益于800V高壓系統(tǒng)電池、電驅(qū)、以及高壓部件電流較小，降低了相關(guān)損耗；另外，碳化硅技術(shù)的應(yīng)用，讓電驅(qū)等高壓部件的能耗大幅降低。

在應(yīng)用上，800V高壓SiC平臺(tái)比400V平臺(tái)在充電時(shí)間上又快了多少呢？小鵬汽車(chē)表示，現(xiàn)在的量產(chǎn)電動(dòng)車(chē)基本上在400V、250A的水平，充電功率在100kW左右，充電5分鐘可增加50至60公里的續(xù)航。行業(yè)先進(jìn)的水平大概在250kW左右，基本上能夠?qū)崿F(xiàn)5分鐘120-150公里左右的水平。

用了800V高壓SiC平臺(tái)的小鵬G9又能達(dá)到什么水平？官方表示，小鵬G9在800V超快充方面分為4C和3C兩個(gè)車(chē)型。其中，4C車(chē)型的峰值充電功率可達(dá)430kW左右，充電5分鐘能夠續(xù)航200公里，充電10%—80%僅需要15分鐘。充電站作為重要的配套設(shè)施，截至9月30日，小鵬自營(yíng)充電站上線1011座，其中自營(yíng)超充站799座，自營(yíng)超快充站7座。

值得關(guān)注的是，在現(xiàn)有采用800V高壓平臺(tái)的車(chē)型中也有沒(méi)有采用碳化硅，而是選擇IGBT的。例如，保時(shí)捷Taycan，還有2019年3月上市的奧迪e-tron的功率模塊內(nèi)置了IGBT芯片，主要由日立AMS為上述兩家車(chē)企開(kāi)發(fā)的800V系統(tǒng)逆變器，日立AMS改良了整體的絕緣設(shè)計(jì)，將400V提升至800V。

但是，相對(duì)硅基IGBT，碳化硅更加適用于800V高壓平臺(tái)。在物理性質(zhì)方面，硅基IGBT只能在200℃以下的環(huán)境中工作，而碳化硅材料有禁帶寬度大、熱導(dǎo)率高等性質(zhì)，其元器件體積更小、頻率更高、開(kāi)關(guān)損耗更小，具有耐高溫、耐高壓的性能優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，碳化硅模塊提高逆變器的效率也很明顯，ST的數(shù)據(jù)顯示，同樣在400V電壓平臺(tái)下，碳化硅能提升 2%至4%的效率；在750V電壓平臺(tái)下，則有3.5%至8%的效率提升。李泓依表示，隨著整個(gè)開(kāi)關(guān)頻率的提高，碳化硅模塊跟硅基模塊的損耗差距也會(huì)越來(lái)越大。

在體積方面，相較于硅基材料，碳化硅的散熱能力是硅基的三倍?！八哉麄€(gè)碳化硅的使用就可以減少整體的系統(tǒng)體積，進(jìn)一步去減少系統(tǒng)成本。”李泓依指出。

小結(jié)：
數(shù)據(jù)顯示，截止今年9月底，國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē)保有量達(dá)到了678萬(wàn)輛，今年以來(lái)新增187萬(wàn)輛，接近2020年全年的1.7倍。就在10月1日，僅僅是山東省的高速服務(wù)區(qū)充電站充電電量就達(dá)到18.84萬(wàn)千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)40.82%，創(chuàng)下歷史新高。

未來(lái)，隨著大眾、奔馳、寶馬等國(guó)外車(chē)企，以及小鵬汽車(chē)、吉利、埃安等國(guó)內(nèi)車(chē)企對(duì)800V新能源汽車(chē)的加速布局，800V碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈將迎來(lái)快速發(fā)展，相應(yīng)的市場(chǎng)也將快速成長(zhǎng)。但是在碳化硅產(chǎn)業(yè)全面鋪開(kāi)之前，國(guó)慶、春節(jié)等小長(zhǎng)假的高速路上，電動(dòng)車(chē)車(chē)主安心出行，還有不少挑戰(zhàn)擺在面前。