“夏天排隊(duì)8小時充電，冬天排隊(duì)9小時換電”看似是段子，實(shí)則真真切切發(fā)生在當(dāng)時當(dāng)下的新能源汽車產(chǎn)業(yè)。

今年7月，川渝地區(qū)遭遇罕見高溫天氣，部分主力水電廠見底，發(fā)電量急劇下降，限電由此蔓延開來。這也直接導(dǎo)致靠充電回血的新能源汽車成了“大冤腫”，超充搶不上只能干等慢充。而近日，一則關(guān)于長春出租車雪天排隊(duì)換電的視頻又走紅網(wǎng)絡(luò)。

圖片來源：微博@吉林大管道

換電之所以能夠獨(dú)立于充電路線被廣泛認(rèn)可，一個重要原因是方便、快捷。幾分鐘就可以搞定一塊滿電量的電池，對于續(xù)航差、補(bǔ)能效果欠佳的新能源汽車來說無疑是救星。

然而在氣溫已經(jīng)邁入零下的東北地區(qū)，尤其遇上雨雪天氣，動力電池被凍在底盤的事時有發(fā)生?！耙獡Q電先解凍”反復(fù)之間便增加了不少換電與排隊(duì)等候的時間成本。何況天冷電車掉電也是一個令人揪心的問題。

為此，車企們可謂絞盡腦汁，電池供應(yīng)商也沒閑著，不是在提升電池能量密度的路上，就是在開發(fā)固態(tài)電池等新形態(tài)的產(chǎn)品技術(shù)。現(xiàn)階段，固態(tài)電池技術(shù)尚不成熟，大電量電池往往會增加整車重量，進(jìn)而影響續(xù)航和操控體驗(yàn)。更重要的是，充換電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)不完全，補(bǔ)能效率低下嚴(yán)重影響到電車的使用體驗(yàn)。

SiC將革IGBT的命？

2022年新能源汽車市場進(jìn)入穩(wěn)定增長期。乘聯(lián)會數(shù)據(jù)顯示，中國新能源汽車今年前10月總產(chǎn)量559萬輛，同比增長108.4%，累計(jì)滲透率24.7%。然而，天風(fēng)證券10月發(fā)布的一項(xiàng)調(diào)查結(jié)果表明，續(xù)航問題仍是擺在消費(fèi)者購車面前的最大障礙，亦是新能源車企亟需攻下的橋頭堡。

正因如此，800V+SiC的產(chǎn)品組合變得越來越流行起來，包括小鵬、廣汽埃安、極氪、理想等車企都紛紛布局了800V高壓大功率快充技術(shù)。以充電速度來看，在400V/250A的國際標(biāo)準(zhǔn)下，1C是上限；如果搭配液冷槍，400V/500A的平臺充電速度是2C。相比之下，小鵬G9等車型已經(jīng)通過800V平臺實(shí)現(xiàn)4C充電。 

這里并非簡單地指800V從樁端到車端的升級，實(shí)際包括逆變器、電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、DC-DC、車載充電器（OBC）以及充電樁等在內(nèi)的強(qiáng)電鏈路系統(tǒng)。更確切地說，當(dāng)整車架構(gòu)升級到800V，車身所有相關(guān)的元器件的標(biāo)準(zhǔn)也將隨之提高。 

而這里面涉及到的高效電力輸送，800V+ SiC的組合應(yīng)用非常關(guān)鍵。

相比于傳統(tǒng)IGBT，以SiC為代表的第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料本身具備耐高壓、高頻、高功率的屬性。同時SiC器件擁有超過Si大約十倍的擊穿電場強(qiáng)度，開關(guān)損耗大幅低于Si基IGBT。

意法半導(dǎo)體的測試數(shù)據(jù)指出，在常用的25%的負(fù)載下，SiC器件損耗比IGBT低80%。這種情況在1200V強(qiáng)電壓下要更加明顯。

以400V和800V平臺來看，在相同規(guī)格的產(chǎn)品中，SiC對能量損耗的減少和性能的改善也不盡相同。

博世汽車電子中國區(qū)總裁安德睿（Georges Andary）在2022中國汽車論壇上指出，400V SiC平臺對續(xù)航里程的提升可能會少一些，大概5%；800V SiC平臺提升的幅度可以達(dá)到12%左右。不過，也得視車型、品牌具體分析，因?yàn)檫@里面通常包含著整車廠的調(diào)校因素。恩智浦全球副總裁、新能源及驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)品線總經(jīng)理李曉鶴則強(qiáng)調(diào)，“如果想讓電池支持的續(xù)航里程更長，或者同等續(xù)航電池的體積更小，勢必要考慮IGBT向SiC的轉(zhuǎn)移?！?/p>

要知道，CLTC續(xù)航打折的部分原因是出于動力系統(tǒng)能量效率低的緣故，如果可以減少損耗，一定程度上就可以增加實(shí)際續(xù)航，減少充電成本。長遠(yuǎn)來看，可以延長電池的使用壽命。不僅如此，行業(yè)數(shù)據(jù)顯示，與IGBT相比，SiC器件的體積可以縮小到1/3以上，重量也可減少40%以上

既然有這么多那么多的優(yōu)勢，800V SiC為何遲遲沒有大規(guī)模落地？新能源車主為何仍要忍受補(bǔ)能效率低的困擾？

補(bǔ)能效率VS系統(tǒng)成本？

成本，成本，還是成本。

據(jù)行業(yè)測算，目前 SiC MOSFET的批量價格約為硅基IGBT的3倍。這直接導(dǎo)致一些車企折中采用“不完全的”800V平臺架構(gòu)。一來要提升補(bǔ)能效率，可以將電機(jī)的規(guī)格從400V升級為800V；二來又不能無限堆高整車成本，一些元器件如DC-DC升壓電源模塊可以保留在400V的水平。

實(shí)際上，SiC早在19世紀(jì)末就被發(fā)現(xiàn)并用于制作耐火材料。時至今日，SiC襯底產(chǎn)能不足依然是行業(yè)發(fā)展的心病。

從SiC產(chǎn)業(yè)鏈來看，襯底制造的技術(shù)壁壘最高，價值量也最大，比重接近5成。一片SiC襯底通常需要經(jīng)過長晶、加工、切片、研磨、拋光、清洗等環(huán)節(jié)才能最終形成。其中，晶體生長是最核心部分，但目前來看，提升良率仍是課題。

以露笑科技8月披露的數(shù)據(jù)為例，該公司SiC的良率可達(dá)到50%，據(jù)悉已經(jīng)屬于全球一流水平。良率是決定SiC規(guī)?；慨a(chǎn)的先決條件，如果良率太低，生產(chǎn)成本就會增高，也就無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)?，F(xiàn)階段，SiC襯底的成本仍遠(yuǎn)在Si之上。

“總體上，IGBT向SiC轉(zhuǎn)移，能夠幫助新能源車輛提升動力總成系統(tǒng)的能效。最終，單車節(jié)省下來的能源費(fèi)用要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于器件本身成本的增加?！痹诶顣扎Q看來，雖然動力電池成本占整車的3至4成，但如果能夠提高電驅(qū)的效率，提高電池的利用率，那么單車系統(tǒng)的降本相較電池降本要更有挖掘潛力。

或許，暫時的成本增加只是“亂花迷人眼”。對此安德睿也指出，SiC功率產(chǎn)品應(yīng)用帶來的散熱設(shè)備成本的減少、零部件的減少，能量損耗的降低，以及車上電池的使用壽命延長等優(yōu)勢，使得系統(tǒng)整體成本已經(jīng)可以接近Si，甚至比Si基IGBT更有優(yōu)勢。

2030年或迎來產(chǎn)業(yè)集中爆發(fā)期 

2022年被認(rèn)為是800V SiC上車的元年，然而為了兼容市面上500V、750V的快充樁，有分析認(rèn)為接下來相當(dāng)長的一段時間里，支持800V平臺的純電動汽車都將搭載400V升800V 的DC-DC轉(zhuǎn)換器。 

其實(shí)這也是為什么“難”上800V平臺的原因之一。適配的超充樁建設(shè)不足，基礎(chǔ)設(shè)施沒有“先行”，便難以實(shí)現(xiàn)大范圍普及。一個明顯缺點(diǎn)無疑是，單站多臺車充電的分流問題，用戶很難體驗(yàn)到800V高壓平臺帶來的快感。再者，如果800V車型大范圍普及，一時之間很有可能給電網(wǎng)造成壓力。

當(dāng)然這是后話。眼下更重要的任務(wù)是，加快從IGBT轉(zhuǎn)向 SiC。

為了讓 SiC襯底價格進(jìn)一步下降，行業(yè)將目光從6寸瞄向了8寸。以下方數(shù)據(jù)為例，2021年8寸SiC襯底受限于開發(fā)難度大，滲透率僅有1%；到2030年，隨著8寸SiC襯底產(chǎn)能大幅提高，滲透率（40%）超過6寸SiC，并達(dá)到一定的規(guī)模經(jīng)濟(jì)，單價有望回縮三分之一，

到目前為止，全球已有超過10家半導(dǎo)體公司成功研發(fā)出8寸SiC襯底。同時包括博世、安森美在內(nèi)的IDM都已經(jīng)開始嘗試從6寸SiC向8寸擴(kuò)展。據(jù)博世預(yù)計(jì)，2025年左右SiC功率器件市場需求將大幅增加，因而該公司早早啟動了測試、驗(yàn)證等工作。

不過博世也指出，受限于價格因素，在2030年前，400V平臺仍有可能占據(jù)較主流的地位。盡管如此，800V高壓平臺的滲透率也將不斷提高。采埃孚集團(tuán)電驅(qū)動業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人斯蒂芬·馮·舒克曼（Stephan von Schuckmann）近日表示，800V平臺有望在2028年前后超越400V，并占據(jù)市場主導(dǎo)地位。

2030年是全球各大車企向電氣化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時間點(diǎn)，隨著傳統(tǒng)燃油車逐漸退出歷史舞臺，電車開啟時代的新篇章，800V SiC產(chǎn)業(yè)有望迎來集中爆發(fā)期。屆時，提升補(bǔ)能效率的重?fù)?dān)將繼續(xù)向著更高壓更大功率的平臺發(fā)展。

返回第一電動網(wǎng)首頁 >