车用SiC，迎来800V风口
陈光
从2021年开始，车企掀起了800V电压平台车型的发布潮。
Xpeng Motors，广汽爱安，E平台，吉利氪，李，比亚迪，北汽极狐等车企相继发布搭载800V高压平台的车型其中，氪汽车，小鹏，比亚迪等都定了2022年800V电压平台车型量产
其实早在2019年，保时捷就在Taycan搭载了800V高压快充平台，也是最早搭载该技术的车企，一度成为新能源汽车发展的新趋势。
随后，车企开启800V电压平台时代，陆续推出相应产品尤其是2021年以来，国内外车企掀起了800V电压平台车型的发布潮，以期以大功率，快充的方式冲向新的高度未来该技术将进入更多新能源汽车，800V平台架构将成为高压快充的重要解决方案因此，2022年也被认为是800V高压充电平台的研发元年
在800V以上的平台上，高压快充会涉及到从车内电源到车外充电的整个强电链路原有的硅基IGBT芯片已经达到了材料极限，具有耐高压，耐高温，高频等优点的碳化硅器件无疑是最佳替代方案
未来，以SiC为核心的800V高压系统将在主逆变器，电机驱动系统，DC—DC，车载充电器，非车载充电桩等领域迎来大规模发展。
TrendForce数据显示，伴随着电动汽车普及率的不断提高，以及车辆架构向800V高压方向发展，预计2025年全球电动汽车市场将需求169万片6英寸SiC晶圆。
可以看出，未来几年，伴随着汽车的电气化和800V高压平台的大规模加载，SiC功率器件将进入快速爆发阶段。
本文将讨论和分析800V高电压技术的优势和制约因素，以及SiC在800V高电压技术中的应用前景和产业布局。
01
800V+SiC，绝配
长期以来，续航里程和充电速度是电动车的两大短板。
这就是为什么电动车要上800V的原因一方面充电性能大大提高，提高了电池的充电速度，另一方面是提高整车运行效率，在相同电量下延长续驶里程
根据电功率公式P=UI，很好理解，目前业内提高功率的方式无非是增加电流或者增加电压。
特斯拉是大电流DC快充方案的代表企业其V3过充电桩最大输出电流接近520A，最高充电功率250kW但大电流会导致充电枪，线缆，动力电池核心部件散热量大，需要高散热，导致成本增加所以选择增流的车企并不多
高压DC快速充电是电动汽车公司采用的另一种方案，并且被大多数汽车公司采用。
在系统电流保持不变的情况下，充电功率会伴随着系统电压的增加而翻倍，充电速度也会大大提高另外，在相同的充电功率下，电压高的时候可以降低电流，导线也没有那么粗，从而降低了导线的电阻热能消耗
根据华为的一项研究，800V高压模式快充支持30%—80% SOC最大功率充电，低压大电流模式只能在10%—20% SOC进行最大功率充电，其他区间充电功率下降非常迅速可见800V高压模式可以支持更快的充电
综合来看，800V高压快充平台的优点是功率相等，电流减半这意味着800V架构下的功率性能和电池性能的衰减会更小，从而可以使用更轻的铜线，具有提高整个电池系统热管理水平的优势另一方面，在电流不变的情况下，加倍电压可以大大提高功率和充电效率
作为800V高压平台的首款量产车型，保时捷Taycan最大充电功率提升至350KW，可在约23分钟内将动力电池从5%充电至80%小鹏G9采用800V高压SiC平台，续航比400V平台提升5%它可以实现5分钟的过充电能力和超过200公里的电池寿命
虽然800V给电动汽车带来了能量补充效率的质的提升，但是800V的普及仍然存在障碍。
其中之一就是成本。
如果电动车架构升级到800V，其高压部件的标准也会相应提高，高压环节包括逆变器，电驱动系统，电能转换等将由传统的硅基产品改为SiC器件，成本提高一个档次
SiC方面，第一个吃螃蟹的人是特斯拉。
2018年，特斯拉在Model 3中首次用SiC模块替换了IGBT模块在相同功率水平下，SiC模块的封装尺寸明显小于硅模块，开关损耗降低了75%通过转换，用SiC模块代替硅基IGBT模块，系统效率可以提高5%左右
成本方面，这个置换成本增加了近1500元但是因为整车效率的提升，电池端的成本又省了这是特斯拉的豪赌，使得成本甚至因为其巨大的市场销量特斯拉也凭借这场豪赌率先占领了400V电池系统的技术和市场，吃尽了红利
根据TF证券的计算，虽然SiC成本高的问题一直为人诟病，但使用SiC材料可以提高电机逆变器效率4%，这将使电动汽车的续航里程至少提高7%这似乎证明了搭载SiC器件的新能源汽车具有明显的综合成本优势
对于整车厂商来说，SiC的应用一般不仅仅考虑动力器件的成本，更重要的是整车成本的变化因此，如何找到SiC 带来的成本节约，用其自身的高成本，它们之间的平衡非常重要
在800V方面，保时捷作为行业领导者，在2019年推出的全电动Taycan跑车中安装了800V系统，掀起了电动汽车800V高压架构的军备竞赛。
但就技术发展和应用而言，这是牵一发而动全身一个大项目比如800V高压充电下，电池组的电压要升到800V，否则会因为充电电流大而烧毁同时，需要对现有的充电桩进行升级改造800V大功率充电桩相比之前的普通充电桩，成本至少提高一倍，此外，除了充电系统，还涉及到电池系统，电驱动系统，高压附件，线束系统，影响车辆的启动，行驶，空调等
起初，Taycan并没有想出一个完全由800V电器组成的电压平台当时保时捷还找不到工作电压为800V的空调压缩机，但它通过DC—DC转换器融合了400V和800V两套高压系统，在电池快充速度上做了一些妥协和让步
可以理解，800V充电架构有很大的应用前景，但从部分车企量产落地时间的延迟来看，也有转型的挑战和阵痛。
一方面，高压平台看起来并不复杂，只是增加了整车的电压，但对于技术的发展和应用来说是牵一发而动全身系统工程电压平台的兴起，意味着核心三电系统，DC—DC，OBC等部件必须能够在1000V甚至1200V电压下正常工作。
另一方面，目前几乎所有的充电桩都无法适应800V平台，这就要求新安装的充电桩必须具备向后兼容的功能，同时适应400V和800V。
目前整个800V SiC市场属于新兴市场，发展速度取决于整体产业链布局一旦供应链，整车，基础设施整个体系建成，SiC行业将受益匪浅
对于未来的电动车平台，800V+SiC功率半导体被业界认为是用组合事实上，硅基IGBT和MOSFET也可以满足800V应用的要求800V之所以和SiC有关联，主要是基于技术上的考虑
与硅基IGBT相比，SiC器件尺寸更小，功率密度更高，耐受电压更高，在800V平台应用时可以产生更高的系统优势，可以实现快速充电和长续航里程的综合效益。
800V电压系统需要1200V耐压功率芯片，1200V器件使用SiC作为MOSFET的衬底，相比Si衬底的IGBT可以提高整车效率6%—8%因此，SiC正在成为800V高压快充平台应用的最佳选择，SiC时代正在迎来目前最正确的开启方式
根据数据预测，从系统布局，架构和整体市场综合来看，预计到2025年，800V SiC可能会有15%左右的市场份额同时，由于全球汽车电动化的加速，这一预期的时间节点可能会提前到来
02
SiC产业链厂商加速布局
近两年技术产品发布，SiC成为各零部件供应商和主机厂经常提及的明星产品目前，800V高压平台有望成为未来SiC的核心应用场景，受到汽车行业前所未有的重视，尤其是最近几年来
碳化硅在汽车上的应用
那么，SiC供应链厂商如何抓住这波上窗口期对此，英飞凌，意法半导体，Wolfspeed，法雷奥，博世等功率器件厂商以及Tier1都与车企展开了深度合作，推动800V SiC架构上车的进程
英飞凌
英飞凌2021年6月推出的电动汽车逆变器SiC模块将应用于现代汽车下一代800V电动汽车通过使用基于英飞凌酷派SiC功率模块的主驱动逆变器，现代汽车可以将车辆的续航里程提高5%以上
日前，威派科技宣布与英飞凌签署合作协议，将使用英飞凌的SiC功率器件开发800V紧凑型汽车逆变电源模块此前，威派获得现代汽车约140亿订单，将为现代汽车集团mdash提供新一代轴驱动平台，mdashEMR4配备SiC技术，2022年1月，威派科技与福特汽车公司签署协议，从2025年开始供应800V SiC逆变器这笔交易价值10亿欧元
凌影是这一领域的领先企业它早就开始了SiC器件的研发，从晶圆到单管再到各种封装形式的模块都有长远的规划根据消息显示，英飞凌拥有两座12英寸功率半导体晶圆厂这两座工厂全面投产后，每年可满足2500万辆电动汽车对功率半导体的需求在此基础上，英飞凌将继续投资20亿欧元建设第三座半导体工厂，首批晶圆将于2024年下半年下线
意法半导体
日前，意法半导体宣布为SEMIKRON的eMPack reg工作，电动汽车电源模块提供SiC技术订单金额超过10亿欧元，计划2025年开始量产根据消息显示，这是两家公司为期四年的技术合作，旨在将其STPOWER SiC MOSFET与Semicontrol创新的DPD组装工艺相集成
与此同时，意法半导体与雷诺达成合作，将利用意法半导体更高效的SiC等先进半导体产品和解决方案支持雷诺的下一代电动和混合动力汽车战略。
功率模块
日前，Wolfspeed宣布与Lucid签署了一项多年协议Wolfspeed将为后者生产和供应SiC器件，Lucid Air的逆变器将采用Wolfspeed的汽车级1200V SiC XM3半桥电源模块
此外，Wolfspeed还与通用汽车签署了战略供应商协议，为通用汽车的电动汽车开发和交付SiC动力装置，通用汽车将在其下一代电动汽车的Ultium Drive推进装置中独家使用Wolfspeed的产品。
不久前，Wolfspeed宣布参与博格华纳主导的直流快速充电桩项目，该项目用于开发第一个充电桩，拥有10个充电点，总功率为350 kW这些充电桩将配备SiC技术，这将使其成本降低20—30%该项目已于2022年第一季度启动
除了功率芯片公司与汽车制造商保持同步之外，一些领先公司也在基于800V平台构建驱动系统。
法雷奥中国
日前，法雷奥宣布获得总额40亿欧元的新能源汽车订单根据该法律，自2021年初以来，他们收到的订单包括电机，逆变器，减速器，车载充电器和DC—DC转换器其中客户特别关注的是其子公司法雷奥西门子电子汽车公司开发的800V SiC新技术，这个新订单800V SiC也是头号英雄
今年2月，法雷奥公开宣布将与意法半导体合作开发800V SiC模块化交换机单元Leo表示，意法半导体将为他们提供可扩展的1200V SiC功率模块，用于开发800V电动汽车逆变器
博施
作为一级龙头企业，博世去年年底表示，将开始大规模生产碳化硅功率半导体，目标是将产量提高到数亿只的水平此前，博世已经开始扩建Roetlingen工厂的无尘车间，同时开始研发功率密度更高的第二代SiC芯片，预计将于2022年投入量产未来会有越来越多的量产车搭载SiC芯片和功率器件
2021年，博世和JAC在上海签署了战略合作框架协议双方将在400V和800V电驱动系统，SiC逆变器和电驱动桥等方面进行全方位合作其中400V单减速器系统将用于轻卡等商用车，预计今年年底具备小批量生产能力800V高压电传动系统匹配全新的乘用车产品，伴随逆变器的核心，即新一代功率半导体SiC芯片
此外，东芝，罗马，德尔福，ZF，博格华纳等汽车零部件供应商也在800V SiC领域积极布局，陆续推出量产产品2021年以来，受下游需求驱动，半导体供应商+车企组合拳模式，正在加速SiC车规产品的落地
国内厂商迎来机遇。
放眼市场，车用第三代半导体SiC领域仍由欧美，日本等成熟市场的半导体企业主导。
可是，伴随着新能源汽车的快速发展，吸引了一批国内企业比亚迪半导体，斯达半导体，CRRC，三安光电，华润微电子，松杰，新居能源等本土企业也在积极开发汽车用碳化硅特别是比亚迪半导体，CRRC时代，三安光电，芯能等采用IDM模式的厂商优势更加明显，斯达半导体也在从无厂模式向IDM模式转型
另一方面，在国内替代和资本投入的热潮下，国内也开始涌现出一批新生力量，并得到资本的密集加持。
都说本土企业要想真正在汽车SiC领域实现自主突破，还有很长的路要走尤其是如何满足车辆法规的高标准要求，几乎是所有本土企业迫切需要解决的问题不过，目前已经有了从无到有的突破我相信量产只是时间问题
三安光电副总经理陈东坡说:对于SiC器件和模块来说，如果要把系统电压提高到800V，那么元器件就要提高到1200V，但是1200V SiC MOSFET器件目前国内还是缺乏的往上游看，目前国内4寸基板和材料基本可以满足要求，但如果要追求性价比，降低成本，就需要延伸到6寸甚至8寸目前，国内市场与国外领先企业仍有一定差距
TrendForce的报告显示，伴随着电动汽车渗透率的不断提高以及整车架构向800V高压方向发展，预计2025年全球电动汽车市场对6英寸SiC晶圆的需求将达到169万片。
在巨大的市场潜力下，目前SiC市场渗透率并不高，未来发展空间很大国内SiC供应链需要把握好时间窗口，重视产品研发，尽快推出更多汽车级SiC产品国内车企和Tier1厂商要多和上游零部件厂商联合创新，尽快完成认证，尽快提高批量制造能力和良品率
有业内专家表示，从目前行业的进程来看，这是国产功率器件被SiC应用于电主驱动的一个契机，也是全面赶超国外功率器件的一个契机在可预见的未来，估计IGBT市场仍将是欧美日企业吃肉，其他品牌喝汤的局面只有转换跑道，快速加入SiC功率器件的技术迭代过程，在SiC功率器件技术成熟之前，向国外尚未形成绝对技术和产业优势护城河的SiC方向发力，结合国内大市场，大供应链的优势，集中力量做大事，才能走出国产SiC功率器件的领先之路
中国的优势是同时拥有最大的统一市场和最完整的供应链2000年以后，中国已经把这两个基础聚集到了一起一旦遇到新技术和产业升级的机遇，验证和修正新技术和新产业方向的效率无与伦比，在国内市场将创造出世界领先的新技术和新产业公司
03
写在最后
综合来看，800V高压平台将是未来新能源汽车的重要发展趋势之一厂商和国家政策层面都在快速推动高压平台，充电桩等基础设施的快速建设未来两三年内，800V高压快充技术将得到广泛应用
可是，800V高压架构的推广应用并非一蹴而就，还面临着上述基础设施不匹配，技术挑战，成本等问题但是800V电气架构的升级是有长期趋势的，这个高压平台升级革命性的让SiC器件成为焦点伴随着众多国内外企业加快800V高压平台的布局，SiC产业链正以其趋势和挑战迎来Rdquo
根据Yole的预测数据，预计到2027年，SiC设备市场将从2021年的10亿美元增长到超过60亿美元。
目前SiC+800V很火，很难说是SiC做到了800V还是800V做到了SiC就像鲸鱼奔向大海，就像鸟儿回到森林，，一个个都找到了家
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