陳光

從2021年開(kāi)始，車企掀起了800V電壓平臺(tái)車型的發(fā)布潮。

Xpeng Motors，廣汽愛(ài)安，E平臺(tái)，吉利氪，李，比亞迪，北汽極狐等車企相繼發(fā)布搭載800V高壓平臺(tái)的車型其中，氪汽車，小鵬，比亞迪等都定了2022年800V電壓平臺(tái)車型量產(chǎn)

其實(shí)早在2019年，保時(shí)捷就在Taycan搭載了800V高壓快充平臺(tái)，也是最早搭載該技術(shù)的車企，一度成為新能源汽車發(fā)展的新趨勢(shì)。

隨后，車企開(kāi)啟800V電壓平臺(tái)時(shí)代，陸續(xù)推出相應(yīng)產(chǎn)品尤其是2021年以來(lái)，國(guó)內(nèi)外車企掀起了800V電壓平臺(tái)車型的發(fā)布潮，以期以大功率，快充的方式?jīng)_向新的高度未來(lái)該技術(shù)將進(jìn)入更多新能源汽車，800V平臺(tái)架構(gòu)將成為高壓快充的重要解決方案因此，2022年也被認(rèn)為是800V高壓充電平臺(tái)的研發(fā)元年

在800V以上的平臺(tái)上，高壓快充會(huì)涉及到從車內(nèi)電源到車外充電的整個(gè)強(qiáng)電鏈路原有的硅基IGBT芯片已經(jīng)達(dá)到了材料極限，具有耐高壓，耐高溫，高頻等優(yōu)點(diǎn)的碳化硅器件無(wú)疑是最佳替代方案

未來(lái)，以SiC為核心的800V高壓系統(tǒng)將在主逆變器，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，DC—DC，車載充電器，非車載充電樁等領(lǐng)域迎來(lái)大規(guī)模發(fā)展。

TrendForce數(shù)據(jù)顯示，伴隨著電動(dòng)汽車普及率的不斷提高，以及車輛架構(gòu)向800V高壓方向發(fā)展，預(yù)計(jì)2025年全球電動(dòng)汽車市場(chǎng)將需求169萬(wàn)片6英寸SiC晶圓。

可以看出，未來(lái)幾年，伴隨著汽車的電氣化和800V高壓平臺(tái)的大規(guī)模加載，SiC功率器件將進(jìn)入快速爆發(fā)階段。

本文將討論和分析800V高電壓技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和制約因素，以及SiC在800V高電壓技術(shù)中的應(yīng)用前景和產(chǎn)業(yè)布局。

01

800V+SiC，絕配

長(zhǎng)期以來(lái)，續(xù)航里程和充電速度是電動(dòng)車的兩大短板。

這就是為什么電動(dòng)車要上800V的原因一方面充電性能大大提高，提高了電池的充電速度，另一方面是提高整車運(yùn)行效率，在相同電量下延長(zhǎng)續(xù)駛里程

根據(jù)電功率公式P=UI，很好理解，目前業(yè)內(nèi)提高功率的方式無(wú)非是增加電流或者增加電壓。

特斯拉是大電流DC快充方案的代表企業(yè)其V3過(guò)充電樁最大輸出電流接近520A，最高充電功率250kW但大電流會(huì)導(dǎo)致充電槍，線纜，動(dòng)力電池核心部件散熱量大，需要高散熱，導(dǎo)致成本增加所以選擇增流的車企并不多

高壓DC快速充電是電動(dòng)汽車公司采用的另一種方案，并且被大多數(shù)汽車公司采用。

在系統(tǒng)電流保持不變的情況下，充電功率會(huì)伴隨著系統(tǒng)電壓的增加而翻倍，充電速度也會(huì)大大提高另外，在相同的充電功率下，電壓高的時(shí)候可以降低電流，導(dǎo)線也沒(méi)有那么粗，從而降低了導(dǎo)線的電阻熱能消耗

根據(jù)華為的一項(xiàng)研究，800V高壓模式快充支持30%—80% SOC最大功率充電，低壓大電流模式只能在10%—20% SOC進(jìn)行最大功率充電，其他區(qū)間充電功率下降非常迅速可見(jiàn)800V高壓模式可以支持更快的充電

綜合來(lái)看，800V高壓快充平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)是功率相等，電流減半這意味著800V架構(gòu)下的功率性能和電池性能的衰減會(huì)更小，從而可以使用更輕的銅線，具有提高整個(gè)電池系統(tǒng)熱管理水平的優(yōu)勢(shì)另一方面，在電流不變的情況下，加倍電壓可以大大提高功率和充電效率

作為800V高壓平臺(tái)的首款量產(chǎn)車型，保時(shí)捷Taycan最大充電功率提升至350KW，可在約23分鐘內(nèi)將動(dòng)力電池從5%充電至80%小鵬G9采用800V高壓SiC平臺(tái)，續(xù)航比400V平臺(tái)提升5%它可以實(shí)現(xiàn)5分鐘的過(guò)充電能力和超過(guò)200公里的電池壽命

雖然800V給電動(dòng)汽車帶來(lái)了能量補(bǔ)充效率的質(zhì)的提升，但是800V的普及仍然存在障礙。

其中之一就是成本。

如果電動(dòng)車架構(gòu)升級(jí)到800V，其高壓部件的標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)相應(yīng)提高，高壓環(huán)節(jié)包括逆變器，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，電能轉(zhuǎn)換等將由傳統(tǒng)的硅基產(chǎn)品改為SiC器件，成本提高一個(gè)檔次

SiC方面，第一個(gè)吃螃蟹的人是特斯拉。

2018年，特斯拉在Model 3中首次用SiC模塊替換了IGBT模塊在相同功率水平下，SiC模塊的封裝尺寸明顯小于硅模塊，開(kāi)關(guān)損耗降低了75%通過(guò)轉(zhuǎn)換，用SiC模塊代替硅基IGBT模塊，系統(tǒng)效率可以提高5%左右

成本方面，這個(gè)置換成本增加了近1500元但是因?yàn)檎囆实奶嵘?，電池端的成本又省了這是特斯拉的豪賭，使得成本甚至因?yàn)槠渚薮蟮氖袌?chǎng)銷量特斯拉也憑借這場(chǎng)豪賭率先占領(lǐng)了400V電池系統(tǒng)的技術(shù)和市場(chǎng)，吃盡了紅利

根據(jù)TF證券的計(jì)算，雖然SiC成本高的問(wèn)題一直為人詬病，但使用SiC材料可以提高電機(jī)逆變器效率4%，這將使電動(dòng)汽車的續(xù)航里程至少提高7%這似乎證明了搭載SiC器件的新能源汽車具有明顯的綜合成本優(yōu)勢(shì)

對(duì)于整車廠商來(lái)說(shuō)，SiC的應(yīng)用一般不僅僅考慮動(dòng)力器件的成本，更重要的是整車成本的變化因此，如何找到SiC 帶來(lái)的成本節(jié)約，用其自身的高成本，它們之間的平衡非常重要

在800V方面，保時(shí)捷作為行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，在2019年推出的全電動(dòng)Taycan跑車中安裝了800V系統(tǒng)，掀起了電動(dòng)汽車800V高壓架構(gòu)的軍備競(jìng)賽。

但就技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用而言，這是牽一發(fā)而動(dòng)全身一個(gè)大項(xiàng)目比如800V高壓充電下，電池組的電壓要升到800V，否則會(huì)因?yàn)槌潆婋娏鞔蠖鵁龤瑫r(shí)，需要對(duì)現(xiàn)有的充電樁進(jìn)行升級(jí)改造800V大功率充電樁相比之前的普通充電樁，成本至少提高一倍，此外，除了充電系統(tǒng)，還涉及到電池系統(tǒng)，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，高壓附件，線束系統(tǒng)，影響車輛的啟動(dòng)，行駛，空調(diào)等

起初，Taycan并沒(méi)有想出一個(gè)完全由800V電器組成的電壓平臺(tái)當(dāng)時(shí)保時(shí)捷還找不到工作電壓為800V的空調(diào)壓縮機(jī)，但它通過(guò)DC—DC轉(zhuǎn)換器融合了400V和800V兩套高壓系統(tǒng)，在電池快充速度上做了一些妥協(xié)和讓步

可以理解，800V充電架構(gòu)有很大的應(yīng)用前景，但從部分車企量產(chǎn)落地時(shí)間的延遲來(lái)看，也有轉(zhuǎn)型的挑戰(zhàn)和陣痛。

一方面，高壓平臺(tái)看起來(lái)并不復(fù)雜，只是增加了整車的電壓，但對(duì)于技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用來(lái)說(shuō)是牽一發(fā)而動(dòng)全身系統(tǒng)工程電壓平臺(tái)的興起，意味著核心三電系統(tǒng)，DC—DC，OBC等部件必須能夠在1000V甚至1200V電壓下正常工作。

另一方面，目前幾乎所有的充電樁都無(wú)法適應(yīng)800V平臺(tái)，這就要求新安裝的充電樁必須具備向后兼容的功能，同時(shí)適應(yīng)400V和800V。

目前整個(gè)800V SiC市場(chǎng)屬于新興市場(chǎng)，發(fā)展速度取決于整體產(chǎn)業(yè)鏈布局一旦供應(yīng)鏈，整車，基礎(chǔ)設(shè)施整個(gè)體系建成，SiC行業(yè)將受益匪淺

對(duì)于未來(lái)的電動(dòng)車平臺(tái)，800V+SiC功率半導(dǎo)體被業(yè)界認(rèn)為是用組合事實(shí)上，硅基IGBT和MOSFET也可以滿足800V應(yīng)用的要求800V之所以和SiC有關(guān)聯(lián)，主要是基于技術(shù)上的考慮

與硅基IGBT相比，SiC器件尺寸更小，功率密度更高，耐受電壓更高，在800V平臺(tái)應(yīng)用時(shí)可以產(chǎn)生更高的系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)快速充電和長(zhǎng)續(xù)航里程的綜合效益。

800V電壓系統(tǒng)需要1200V耐壓功率芯片，1200V器件使用SiC作為MOSFET的襯底，相比Si襯底的IGBT可以提高整車效率6%—8%因此，SiC正在成為800V高壓快充平臺(tái)應(yīng)用的最佳選擇，SiC時(shí)代正在迎來(lái)目前最正確的開(kāi)啟方式

根據(jù)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，從系統(tǒng)布局，架構(gòu)和整體市場(chǎng)綜合來(lái)看，預(yù)計(jì)到2025年，800V SiC可能會(huì)有15%左右的市場(chǎng)份額同時(shí)，由于全球汽車電動(dòng)化的加速，這一預(yù)期的時(shí)間節(jié)點(diǎn)可能會(huì)提前到來(lái)

02

SiC產(chǎn)業(yè)鏈廠商加速布局

近兩年技術(shù)產(chǎn)品發(fā)布，SiC成為各零部件供應(yīng)商和主機(jī)廠經(jīng)常提及的明星產(chǎn)品目前，800V高壓平臺(tái)有望成為未來(lái)SiC的核心應(yīng)用場(chǎng)景，受到汽車行業(yè)前所未有的重視，尤其是最近幾年來(lái)

碳化硅在汽車上的應(yīng)用

那么，SiC供應(yīng)鏈廠商如何抓住這波上窗口期對(duì)此，英飛凌，意法半導(dǎo)體，Wolfspeed，法雷奧，博世等功率器件廠商以及Tier1都與車企展開(kāi)了深度合作，推動(dòng)800V SiC架構(gòu)上車的進(jìn)程

英飛凌

英飛凌2021年6月推出的電動(dòng)汽車逆變器SiC模塊將應(yīng)用于現(xiàn)代汽車下一代800V電動(dòng)汽車通過(guò)使用基于英飛凌酷派SiC功率模塊的主驅(qū)動(dòng)逆變器，現(xiàn)代汽車可以將車輛的續(xù)航里程提高5%以上

日前，威派科技宣布與英飛凌簽署合作協(xié)議，將使用英飛凌的SiC功率器件開(kāi)發(fā)800V緊湊型汽車逆變電源模塊此前，威派獲得現(xiàn)代汽車約140億訂單，將為現(xiàn)代汽車集團(tuán)mdash提供新一代軸驅(qū)動(dòng)平臺(tái)，mdashEMR4配備SiC技術(shù)，2022年1月，威派科技與福特汽車公司簽署協(xié)議，從2025年開(kāi)始供應(yīng)800V SiC逆變器這筆交易價(jià)值10億歐元

凌影是這一領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)它早就開(kāi)始了SiC器件的研發(fā)，從晶圓到單管再到各種封裝形式的模塊都有長(zhǎng)遠(yuǎn)的規(guī)劃根據(jù)消息顯示，英飛凌擁有兩座12英寸功率半導(dǎo)體晶圓廠這兩座工廠全面投產(chǎn)后，每年可滿足2500萬(wàn)輛電動(dòng)汽車對(duì)功率半導(dǎo)體的需求在此基礎(chǔ)上，英飛凌將繼續(xù)投資20億歐元建設(shè)第三座半導(dǎo)體工廠，首批晶圓將于2024年下半年下線

意法半導(dǎo)體

日前，意法半導(dǎo)體宣布為SEMIKRON的eMPack reg工作，電動(dòng)汽車電源模塊提供SiC技術(shù)訂單金額超過(guò)10億歐元，計(jì)劃2025年開(kāi)始量產(chǎn)根據(jù)消息顯示，這是兩家公司為期四年的技術(shù)合作，旨在將其STPOWER SiC MOSFET與Semicontrol創(chuàng)新的DPD組裝工藝相集成

與此同時(shí)，意法半導(dǎo)體與雷諾達(dá)成合作，將利用意法半導(dǎo)體更高效的SiC等先進(jìn)半導(dǎo)體產(chǎn)品和解決方案支持雷諾的下一代電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車戰(zhàn)略。

功率模塊

日前，Wolfspeed宣布與Lucid簽署了一項(xiàng)多年協(xié)議Wolfspeed將為后者生產(chǎn)和供應(yīng)SiC器件，Lucid Air的逆變器將采用Wolfspeed的汽車級(jí)1200V SiC XM3半橋電源模塊

此外，Wolfspeed還與通用汽車簽署了戰(zhàn)略供應(yīng)商協(xié)議，為通用汽車的電動(dòng)汽車開(kāi)發(fā)和交付SiC動(dòng)力裝置，通用汽車將在其下一代電動(dòng)汽車的Ultium Drive推進(jìn)裝置中獨(dú)家使用Wolfspeed的產(chǎn)品。

不久前，Wolfspeed宣布參與博格華納主導(dǎo)的直流快速充電樁項(xiàng)目，該項(xiàng)目用于開(kāi)發(fā)第一個(gè)充電樁，擁有10個(gè)充電點(diǎn)，總功率為350 kW這些充電樁將配備SiC技術(shù)，這將使其成本降低20—30%該項(xiàng)目已于2022年第一季度啟動(dòng)

除了功率芯片公司與汽車制造商保持同步之外，一些領(lǐng)先公司也在基于800V平臺(tái)構(gòu)建驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

法雷奧中國(guó)

日前，法雷奧宣布獲得總額40億歐元的新能源汽車訂單根據(jù)該法律，自2021年初以來(lái)，他們收到的訂單包括電機(jī)，逆變器，減速器，車載充電器和DC—DC轉(zhuǎn)換器其中客戶特別關(guān)注的是其子公司法雷奧西門子電子汽車公司開(kāi)發(fā)的800V SiC新技術(shù)，這個(gè)新訂單800V SiC也是頭號(hào)英雄

今年2月，法雷奧公開(kāi)宣布將與意法半導(dǎo)體合作開(kāi)發(fā)800V SiC模塊化交換機(jī)單元Leo表示，意法半導(dǎo)體將為他們提供可擴(kuò)展的1200V SiC功率模塊，用于開(kāi)發(fā)800V電動(dòng)汽車逆變器

博施

作為一級(jí)龍頭企業(yè)，博世去年年底表示，將開(kāi)始大規(guī)模生產(chǎn)碳化硅功率半導(dǎo)體，目標(biāo)是將產(chǎn)量提高到數(shù)億只的水平此前，博世已經(jīng)開(kāi)始擴(kuò)建Roetlingen工廠的無(wú)塵車間，同時(shí)開(kāi)始研發(fā)功率密度更高的第二代SiC芯片，預(yù)計(jì)將于2022年投入量產(chǎn)未來(lái)會(huì)有越來(lái)越多的量產(chǎn)車搭載SiC芯片和功率器件

2021年，博世和JAC在上海簽署了戰(zhàn)略合作框架協(xié)議雙方將在400V和800V電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，SiC逆變器和電驅(qū)動(dòng)橋等方面進(jìn)行全方位合作其中400V單減速器系統(tǒng)將用于輕卡等商用車，預(yù)計(jì)今年年底具備小批量生產(chǎn)能力800V高壓電傳動(dòng)系統(tǒng)匹配全新的乘用車產(chǎn)品，伴隨逆變器的核心，即新一代功率半導(dǎo)體SiC芯片

此外，東芝，羅馬，德?tīng)柛?，ZF，博格華納等汽車零部件供應(yīng)商也在800V SiC領(lǐng)域積極布局，陸續(xù)推出量產(chǎn)產(chǎn)品2021年以來(lái)，受下游需求驅(qū)動(dòng)，半導(dǎo)體供應(yīng)商+車企組合拳模式，正在加速SiC車規(guī)產(chǎn)品的落地

國(guó)內(nèi)廠商迎來(lái)機(jī)遇。

放眼市場(chǎng)，車用第三代半導(dǎo)體SiC領(lǐng)域仍由歐美，日本等成熟市場(chǎng)的半導(dǎo)體企業(yè)主導(dǎo)。

可是，伴隨著新能源汽車的快速發(fā)展，吸引了一批國(guó)內(nèi)企業(yè)比亞迪半導(dǎo)體，斯達(dá)半導(dǎo)體，CRRC，三安光電，華潤(rùn)微電子，松杰，新居能源等本土企業(yè)也在積極開(kāi)發(fā)汽車用碳化硅特別是比亞迪半導(dǎo)體，CRRC時(shí)代，三安光電，芯能等采用IDM模式的廠商優(yōu)勢(shì)更加明顯，斯達(dá)半導(dǎo)體也在從無(wú)廠模式向IDM模式轉(zhuǎn)型

另一方面，在國(guó)內(nèi)替代和資本投入的熱潮下，國(guó)內(nèi)也開(kāi)始涌現(xiàn)出一批新生力量，并得到資本的密集加持。

都說(shuō)本土企業(yè)要想真正在汽車SiC領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)自主突破，還有很長(zhǎng)的路要走尤其是如何滿足車輛法規(guī)的高標(biāo)準(zhǔn)要求，幾乎是所有本土企業(yè)迫切需要解決的問(wèn)題不過(guò)，目前已經(jīng)有了從無(wú)到有的突破我相信量產(chǎn)只是時(shí)間問(wèn)題

三安光電副總經(jīng)理陳東坡說(shuō):對(duì)于SiC器件和模塊來(lái)說(shuō)，如果要把系統(tǒng)電壓提高到800V，那么元器件就要提高到1200V，但是1200V SiC MOSFET器件目前國(guó)內(nèi)還是缺乏的往上游看，目前國(guó)內(nèi)4寸基板和材料基本可以滿足要求，但如果要追求性價(jià)比，降低成本，就需要延伸到6寸甚至8寸目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)與國(guó)外領(lǐng)先企業(yè)仍有一定差距

TrendForce的報(bào)告顯示，伴隨著電動(dòng)汽車滲透率的不斷提高以及整車架構(gòu)向800V高壓方向發(fā)展，預(yù)計(jì)2025年全球電動(dòng)汽車市場(chǎng)對(duì)6英寸SiC晶圓的需求將達(dá)到169萬(wàn)片。

在巨大的市場(chǎng)潛力下，目前SiC市場(chǎng)滲透率并不高，未來(lái)發(fā)展空間很大國(guó)內(nèi)SiC供應(yīng)鏈需要把握好時(shí)間窗口，重視產(chǎn)品研發(fā)，盡快推出更多汽車級(jí)SiC產(chǎn)品國(guó)內(nèi)車企和Tier1廠商要多和上游零部件廠商聯(lián)合創(chuàng)新，盡快完成認(rèn)證，盡快提高批量制造能力和良品率

有業(yè)內(nèi)專家表示，從目前行業(yè)的進(jìn)程來(lái)看，這是國(guó)產(chǎn)功率器件被SiC應(yīng)用于電主驅(qū)動(dòng)的一個(gè)契機(jī)，也是全面趕超國(guó)外功率器件的一個(gè)契機(jī)在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，估計(jì)IGBT市場(chǎng)仍將是歐美日企業(yè)吃肉，其他品牌喝湯的局面只有轉(zhuǎn)換跑道，快速加入SiC功率器件的技術(shù)迭代過(guò)程，在SiC功率器件技術(shù)成熟之前，向國(guó)外尚未形成絕對(duì)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)護(hù)城河的SiC方向發(fā)力，結(jié)合國(guó)內(nèi)大市場(chǎng)，大供應(yīng)鏈的優(yōu)勢(shì)，集中力量做大事，才能走出國(guó)產(chǎn)SiC功率器件的領(lǐng)先之路

中國(guó)的優(yōu)勢(shì)是同時(shí)擁有最大的統(tǒng)一市場(chǎng)和最完整的供應(yīng)鏈2000年以后，中國(guó)已經(jīng)把這兩個(gè)基礎(chǔ)聚集到了一起一旦遇到新技術(shù)和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的機(jī)遇，驗(yàn)證和修正新技術(shù)和新產(chǎn)業(yè)方向的效率無(wú)與倫比，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)將創(chuàng)造出世界領(lǐng)先的新技術(shù)和新產(chǎn)業(yè)公司

03

寫(xiě)在最后

綜合來(lái)看，800V高壓平臺(tái)將是未來(lái)新能源汽車的重要發(fā)展趨勢(shì)之一廠商和國(guó)家政策層面都在快速推動(dòng)高壓平臺(tái)，充電樁等基礎(chǔ)設(shè)施的快速建設(shè)未來(lái)兩三年內(nèi)，800V高壓快充技術(shù)將得到廣泛應(yīng)用

可是，800V高壓架構(gòu)的推廣應(yīng)用并非一蹴而就，還面臨著上述基礎(chǔ)設(shè)施不匹配，技術(shù)挑戰(zhàn)，成本等問(wèn)題但是800V電氣架構(gòu)的升級(jí)是有長(zhǎng)期趨勢(shì)的，這個(gè)高壓平臺(tái)升級(jí)革命性的讓SiC器件成為焦點(diǎn)伴隨著眾多國(guó)內(nèi)外企業(yè)加快800V高壓平臺(tái)的布局，SiC產(chǎn)業(yè)鏈正以其趨勢(shì)和挑戰(zhàn)迎來(lái)Rdquo

根據(jù)Yole的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)到2027年，SiC設(shè)備市場(chǎng)將從2021年的10億美元增長(zhǎng)到超過(guò)60億美元。

目前SiC+800V很火，很難說(shuō)是SiC做到了800V還是800V做到了SiC就像鯨魚(yú)奔向大海，就像鳥(niǎo)兒回到森林，，一個(gè)個(gè)都找到了家

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