電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/莫婷婷）國慶小長假，與往年一樣的是高速路上繼續(xù)上演“堵車大集合”，不一樣的是新能源汽車成為“堵車大集合”的新亮點——“充電1小時，排隊4小時”，來自網(wǎng)友的調(diào)侃被送上網(wǎng)絡(luò)熱搜，電動車的“充電焦慮”“續(xù)航焦慮”再次成為關(guān)注的重點和揮之不去的“憂愁”。

高速電動車充電困難的原因，除了汽車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，或許能進一步緩解充電壓力，為了解決這個問題，不少廠商瞄準了充電技術(shù)。9月，小鵬汽車發(fā)布了基于800V高壓SiC平臺量產(chǎn)的首款車型——小鵬G9，定位“超快充全智能SUV”。800V高壓SiC平臺在新能源汽車領(lǐng)域一直備受關(guān)注，如今小鵬G9成為國產(chǎn)汽車中率先落地的廠商，為其在造車新勢力的競賽中帶來不少競爭優(yōu)勢。

由于800V高壓快充技術(shù)緩解了續(xù)航短、充電慢等電動汽車的痛點，成為越來越多車企在布局電動化過程中的選擇。不過，國內(nèi)宣布布局800V碳化硅高壓平臺的汽車廠商并不多，天風(fēng)證券電子團隊研究員李泓依認為，第三代半導(dǎo)體沒有全面鋪開的原因主要就在于其生長周期長，制造成本非常高。

但國內(nèi)研究機構(gòu)對碳化硅市場的發(fā)展普遍持樂觀態(tài)度。數(shù)據(jù)顯示，2021 年國內(nèi) SiC 器件和SiC模塊的市場規(guī)模分別為 10 億元和24 億元，預(yù)計到2025 年有望達到 62 億 元和78 億元， SiC器件將以 58%的年復(fù)合增速增長。而新能源汽車在全球范圍內(nèi)的普及將是碳化硅產(chǎn)業(yè)落地的重要機遇。

碳化硅市場迎來拐點，國內(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)。未來碳化硅成本下降主要依托于以下三大方面，一是產(chǎn)能擴張帶來的規(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)證券電子團隊研究員李泓依認為，在以上三大因素的作用下，碳化硅的成本有望每年實現(xiàn)20%——30% 的價格下滑，預(yù)計到2026年會逐漸體現(xiàn)出綜合價格優(yōu)勢。

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，這是一個尚未成熟的階段，僅有少量的廠商開啟碳化硅研發(fā)。2019到2021 年進入平穩(wěn)增長階段。從2022年開始，碳化硅增長迎來拐點，包括汽車電動化、充電基礎(chǔ)設(shè)施的擴建進度、5G技術(shù)加速部署、以特斯拉為代表的車企開始采用碳化硅上車的方案等。從2024年到2026 年，隨著碳化硅的價格下降，體現(xiàn)出綜合成本優(yōu)勢，會進入加速成長階段。到2026年以后，成本優(yōu)勢帶動個碳化硅產(chǎn)業(yè)全面鋪開。

在現(xiàn)階段，碳化硅市場的競爭格局顯現(xiàn)出龍頭效應(yīng)。在襯底端，美國科銳公司（Wolfspeed）占據(jù)了60%以上的市場份額，加上日本、歐洲等國際企業(yè)，合計約占據(jù)80%的市場份額。當然，國內(nèi)廠商也在加快碳化硅襯底的產(chǎn)能擴充，借此搭上產(chǎn)業(yè)快車。此前，天岳先進在科創(chuàng)板IPO，擬募資20億元，將用于碳化硅半導(dǎo)體材料項目。山東天岳的襯底產(chǎn)品主要是4英寸，6英寸預(yù)計到2023年量產(chǎn)，但在全球碳化硅襯底市場中，山東天岳現(xiàn)在已經(jīng)是僅次于科銳公司、美國二六（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，光伏、新能源汽車等都是主要的細分應(yīng)用市場。小鵬汽車動力總成中心IPU硬件高級專家陳宏曾指出，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，提高電機逆變器4%的效率，增加約7%的整車續(xù)航里程。在新能源汽車的應(yīng)用中，碳化硅是可以非常顯著地帶來能源節(jié)約。

目前，大多數(shù)新能源汽車高壓電氣系統(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，這個區(qū)間統(tǒng)稱為800V。從2021年開始，碳化硅相關(guān)供應(yīng)鏈廠商就開始與汽車廠商達成合作，共同推進800V碳化硅高電壓平臺的落地。

例如在2020年，吉利發(fā)布了支持800V的SEA浩瀚架構(gòu)。吉利旗下威睿電動汽車技術(shù)（寧波）有限公司和芯聚能在2021年成立了芯粵能半導(dǎo)體，未來將采用SiC器件整車電壓平臺提升至800V。例如，吉利在2021年5月份通過旗下威睿電動汽車與碳化硅企業(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，未來采用碳化硅器件整車電壓平臺提升至800V。2021年6月，英飛凌推出電動車逆變器SiC模組，未來將應(yīng)用于現(xiàn)代汽車下一代800V電動車型中。

數(shù)據(jù)顯示，2021年特斯拉全年的交付量達93.62萬輛，其中，特斯拉Model S / X 交付量達 24964 輛，Model 3 / Y 交付量達 911208 輛。這四個版本均采用了碳化硅。業(yè)內(nèi)人士預(yù)計，特斯拉在今年的銷量會出現(xiàn)翻倍。除此之外，隨著現(xiàn)代起亞EV6、小鵬G9等汽車相應(yīng)的碳化硅上車規(guī)劃，天風(fēng)證券研究所預(yù)計今年會有200萬臺汽車會使用到碳化硅。

李泓依認為，隨著整個碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈下游，特別是新能源汽車的帶動，我們可以看到這個短中期都會呈現(xiàn)出需求非常景氣的狀態(tài)。我們認為整個碳化硅的需求端會高速發(fā)展，特別是在新能源汽車領(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高壓平臺優(yōu)勢盡顯

為何800V會代替400V成為新的趨勢？眾所周知，當下新能源汽車有兩大焦慮，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，相對應(yīng)電池損耗、線束損耗、充電樁損耗也就會下降，而且設(shè)計上更自由。這也是800V電壓平臺會被考慮的原因。



業(yè)內(nèi)研究機構(gòu)指出，800V高壓平臺相較400V系統(tǒng)具有四大優(yōu)勢。一是800V高壓平臺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，實現(xiàn)充電節(jié)能。四是車輛行駛緩解能耗低，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平臺比400V平臺在充電時間上又快了多少呢？小鵬汽車表示，現(xiàn)在的量產(chǎn)電動車基本上在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平臺的小鵬G9又能達到什么水平？官方表示，小鵬G9在800V超快充方面分為4C和3C兩個車型。其中，4C車型的峰值充電功率可達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，小鵬自營充電站上線1011座，其中自營超充站799座，自營超快充站7座。

值得關(guān)注的是，在現(xiàn)有采用800V高壓平臺的車型中也有沒有采用碳化硅，而是選擇IGBT的。例如，保時捷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為上述兩家車企開發(fā)的800V系統(tǒng)逆變器，日立AMS改良了整體的絕緣設(shè)計，將400V提升至800V。

但是，相對硅基IGBT，碳化硅更加適用于800V高壓平臺。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、開關(guān)損耗更小，具有耐高溫、耐高壓的性能優(yōu)勢。同時，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電壓平臺下，碳化硅能提升 2%至4%的效率；在750V電壓平臺下，則有3.5%至8%的效率提升。李泓依表示，隨著整個開關(guān)頻率的提高，碳化硅模塊跟硅基模塊的損耗差距也會越來越大。

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€碳化硅的使用就可以減少整體的系統(tǒng)體積，進一步去減少系統(tǒng)成本。”李泓依指出。

小結(jié)：
數(shù)據(jù)顯示，截止今年9月底，國內(nèi)新能源汽車保有量達到了678萬輛，今年以來新增187萬輛，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到18.84萬千瓦時，同比增長40.82%，創(chuàng)下歷史新高。

未來，隨著大眾、奔馳、寶馬等國外車企，以及小鵬汽車、吉利、埃安等國內(nèi)車企對800V新能源汽車的加速布局，800V碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈將迎來快速發(fā)展，相應(yīng)的市場也將快速成長。但是在碳化硅產(chǎn)業(yè)全面鋪開之前，國慶、春節(jié)等小長假的高速路上，電動車車主安心出行，還有不少挑戰(zhàn)擺在面前。