文｜半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫
在新能源汽車(chē)技術(shù)的演進(jìn)歷程中，碳化硅（SiC）技術(shù)已成為推動(dòng)行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵力量。作為第三代半導(dǎo)體的代表材料，SiC 憑借其卓越的性能優(yōu)勢(shì)，已深度融入新能源汽車(chē)的核心系統(tǒng)，開(kāi)啟了新能源汽車(chē)性能提升與技術(shù)創(chuàng)新的新篇章。
從高端豪華車(chē)型到大眾普及款，從純電動(dòng)到混合動(dòng)力，SiC 技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷拓展，正以前所未有的速度實(shí)現(xiàn)批量上車(chē)，重塑新能源汽車(chē)的技術(shù)格局與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)。
01、碳化硅實(shí)現(xiàn)多價(jià)格區(qū)間車(chē)型覆蓋
SiC 技術(shù)已成為車(chē)企在新能源汽車(chē)賽道上差異化競(jìng)爭(zhēng)的核心要素，如今已廣泛覆蓋 10 萬(wàn)至 150 萬(wàn)元價(jià)格區(qū)間的車(chē)型，功率等級(jí)跨度從 150kW 至 645kW。
沃爾沃全新純電動(dòng)旗艦轎車(chē) ES90 預(yù)計(jì)于今年第四季度開(kāi)啟全球交付。作為沃爾沃首款 800V 高壓平臺(tái)車(chē)型，ES90 在電動(dòng)化核心技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)了諸多突破。該車(chē)搭載的碳化硅電驅(qū)系統(tǒng)，配備最大功率達(dá) 370kW 的電機(jī)以及 111kWh 麒麟電池包，為車(chē)輛的高性能與長(zhǎng)續(xù)航提供了堅(jiān)實(shí)保障。
東風(fēng)量產(chǎn)在即的中高級(jí)純電轎車(chē) N7，動(dòng)力系統(tǒng)搭載東風(fēng)汽車(chē)自產(chǎn)的 TZ200XS3JD 驅(qū)動(dòng)電機(jī)，最大功率為 200kW，配合 800V 碳化硅平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了充電 10 分鐘續(xù)航 400 公里的高效補(bǔ)能，顯著提升了用戶的充電體驗(yàn)與出行便利性。
寶馬 i5 eDrive35L 車(chē)型正式登陸中國(guó)市場(chǎng)，并于三月份升級(jí)在電力電子系統(tǒng)中引入碳化硅半導(dǎo)體（SiC 轉(zhuǎn)換器），使其續(xù)航里程增加最多47公里。
理想汽車(chē)首款純電動(dòng) SUV 車(chē)型理想 i8 將于今年 7 月正式推出。該車(chē)基于 800V 架構(gòu)打造，采用理想汽車(chē)自研的 SiC 功率模塊（已于 2 月 13 日開(kāi)始量產(chǎn)），配備前 155kW、后 245kW 的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，綜合功率達(dá) 400kW，具備 5C 超充能力，展現(xiàn)出強(qiáng)大的動(dòng)力性能與充電優(yōu)勢(shì)。
起亞在 2025 起亞電動(dòng)汽車(chē)日上發(fā)布首款電動(dòng)轎車(chē)和掀背車(chē) EV4，海外起售價(jià)約為 3.5 萬(wàn)美元（約合 25.5 萬(wàn)元）。此前，起亞推出的 EV9、EV6 均采用了新型 SiC 功率模塊，持續(xù)推動(dòng)品牌在新能源汽車(chē)領(lǐng)域的技術(shù)升級(jí)。
比亞迪于 2024 年 5 月發(fā)布全新 SiC 車(chē)型，售價(jià)拉低至 18.98 萬(wàn)元，進(jìn)一步擴(kuò)大了 SiC 車(chē)型的市場(chǎng)受眾范圍。同時(shí)，比亞迪發(fā)布的全新一代電驅(qū)采用 1200V 碳化硅模塊，旗下海洋、仰望、方程豹和騰勢(shì) 4 大品牌此前已推出多款 SiC 車(chē)型，如海洋品牌的海獅 07、ocean M、皮卡 Shark 等。
2 月 20 日，鴻蒙智行尊界技術(shù)發(fā)布會(huì)在深圳召開(kāi)。華為終端 BG 董事長(zhǎng)、智能汽車(chē)解決方案 BU 董事長(zhǎng)余承東透露，尊界 S800 搭載 530kW 的雙電機(jī)和配備 65kWh、6C 的增程電池，僅需 10.5 分鐘即可將電量從 10% 充至 80%。此前，華為鴻蒙智行與奇瑞合作推出的智界 R7、智界 S7 等車(chē)型，均配備了 800V 碳化硅高壓平臺(tái)。
2024 年 12 月 3 日，坦克 500 Hi4-Z 在坦克 500 “一定紅” 發(fā)布會(huì)上開(kāi)啟預(yù)售，預(yù)售價(jià)為 37.98 萬(wàn)元。該車(chē)采用 800V 平臺(tái)，后橋三電控制系統(tǒng)加入了 1200V 碳化硅器件。
02、超30款SiC新車(chē)型亮相車(chē)展
剛剛落幕的上海車(chē)展吸引了來(lái)自 26 個(gè)國(guó)家和地區(qū)的近 1000 家中外知名企業(yè)參展。據(jù)上海國(guó)展集團(tuán)等統(tǒng)計(jì)，展會(huì)首日展出車(chē)輛近 1300 輛，其中新能源汽車(chē)約占 7 成，首發(fā)新車(chē)超 100 款。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，與去年同期的北京車(chē)展相比，今年上海車(chē)展新增了超過(guò) 30 款碳化硅新車(chē)型，占本次車(chē)展新車(chē)數(shù)量的近三分之一，充分展示了 SiC 技術(shù)在新能源汽車(chē)領(lǐng)域的快速發(fā)展與廣泛應(yīng)用。以下為部分車(chē)企在車(chē)展上展示的 SiC新車(chē)型：
盡管插混、增程式車(chē)型數(shù)量不斷增加，但車(chē)企推出純電和碳化硅車(chē)型的熱情并未減退。同時(shí)，采用碳化硅的混動(dòng)車(chē)型也呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，比亞迪、長(zhǎng)城、吉利等車(chē)企共計(jì)展出了 8 款碳化硅電混車(chē)型。此外，奔馳、寶馬、豐田、上汽通用等外資車(chē)企和傳統(tǒng)車(chē)企也在持續(xù)發(fā)力碳化硅領(lǐng)域，紛紛發(fā)布新的碳化硅車(chē)型，推動(dòng)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步。
03、為何車(chē)企熱衷采用碳化硅？
自特斯拉Model 3 問(wèn)世，新能源汽車(chē)應(yīng)用碳化硅技術(shù)正式進(jìn)入大眾視野。那么，新能源汽車(chē)為何對(duì)碳化硅青睞有加？又在哪些關(guān)鍵部位應(yīng)用了這一技術(shù)呢？
與傳統(tǒng)硅材料相比，碳化硅材料具有諸多顯著優(yōu)勢(shì)：禁帶寬度是硅材料的3 倍，擊穿電壓是硅材料的 10 倍，熱導(dǎo)率是硅材料的 5 倍，電子飽和漂移速率是硅材料的 2.5 倍?；谶@些特性，與硅基功率半導(dǎo)體相比，碳化硅功率半導(dǎo)體器件具備更強(qiáng)的耐壓性、耐溫性，能夠承載更大功率，占用空間更小，工作結(jié)溫更高，在高頻環(huán)境下性能更為出色。
碳化硅材料的這些優(yōu)異性能與新能源汽車(chē)的核心需求高度契合：新能源汽車(chē)追求更高的效率和功率密度，因此可采用由碳化硅材料制造的更小、承載功率更高的功率器件；為了獲得更大的車(chē)內(nèi)空間和更低的車(chē)身重量，應(yīng)用碳化硅基器件能夠有效節(jié)省電控系統(tǒng)空間，降低系統(tǒng)成本；新能源汽車(chē)常處于高溫、高壓、高頻的復(fù)雜工況，而碳化硅功率器件在這種環(huán)境下的效率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)硅基功率器件；在追求極致補(bǔ)能效率的趨勢(shì)下，高電壓大電流的電力輸入需要碳化硅功率器件的支持。
目前，以鋰電為主的新能源汽車(chē)是SiC 功率半導(dǎo)體最大的應(yīng)用場(chǎng)景，尤其是在乘用車(chē)領(lǐng)域。除去車(chē)外場(chǎng)景（充電樁和無(wú)線充電），SiC 在車(chē)載領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景超過(guò) 6 個(gè)，主要包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器、車(chē)載充電機(jī)（OBC）、DC/DC 變換器、空調(diào)壓縮機(jī)、高壓 PTC 加熱器和預(yù)充繼電器，此外還涵蓋汽車(chē)周邊生態(tài)，如充電樁。
使用碳化硅的最大頭是新能源汽車(chē)的電驅(qū)逆變器。電驅(qū)逆變器負(fù)責(zé)將電池的直流電轉(zhuǎn)換為交流電以驅(qū)動(dòng)電機(jī)。與傳統(tǒng)硅基 IGBT 相比，碳化硅器件（如 SiC MOSFET，即金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管）的開(kāi)關(guān)損耗降低 75%，效率提升 3%-5%，體積可縮小至原來(lái)的 1/10，同時(shí)能夠支持更高頻率的工作。
根據(jù)調(diào)研機(jī)構(gòu)分析，特斯拉 Model 3 的主驅(qū)逆變器采用了意法半導(dǎo)體公司提供的 TPak 封裝功率模塊，每臺(tái)主驅(qū)逆變器裝載 24 個(gè) TPak 模塊，每個(gè)模塊封裝兩個(gè) SiC MOSFET 芯片，即每臺(tái)特斯拉 Model 3 的主驅(qū)逆變器使用了 48 顆碳化硅 MOSFET 芯片，充分展示了碳化硅在提升電驅(qū)系統(tǒng)性能方面的重要作用。
在新能源汽車(chē)充電環(huán)節(jié)，尤其是在家充場(chǎng)景下，需要將電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換為直流電為電池充電，這就需要車(chē)載充電器（OBC）。OBC 通過(guò)高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，將交流 220V 電壓高效轉(zhuǎn)換為高壓直流電，確保電動(dòng)汽車(chē)穩(wěn)定充電。碳化硅器件的高頻特性可降低充電損耗，將充電效率提升至 98% 以上，并減少散熱需求，體積縮小 30%。此外，碳化硅器件在雙向 OBC 中的應(yīng)用，使電動(dòng)汽車(chē)能夠在電網(wǎng)需求高峰時(shí)向電網(wǎng)反向送電，或在緊急情況下作為家庭應(yīng)急電源使用，極大地增強(qiáng)了能源利用的靈活性和效率。
為提升新能源車(chē)補(bǔ)能效率，快充技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。通過(guò)在外部建立高功率充電站，利用充電堆的變流模塊將電網(wǎng)的高功率交流電轉(zhuǎn)化為直流電，直接充入新能源車(chē)電池，實(shí)現(xiàn)高速充電。在快充高壓化的發(fā)展趨勢(shì)下，采用支持高壓的碳化硅功率器件能夠降低充電電流，減少冷卻機(jī)構(gòu)，減輕充電線束重量，提升系統(tǒng)效率和易用性。在上海車(chē)展上，比亞迪、華為數(shù)字能源、ABB 等多家企業(yè)展示的兆瓦閃充技術(shù)，正是碳化硅技術(shù)在快充領(lǐng)域應(yīng)用的生動(dòng)體現(xiàn)。
04、混動(dòng)汽車(chē)進(jìn)入SiC時(shí)代，成新的增長(zhǎng)極
在占據(jù)中國(guó)中大型 SUV 市場(chǎng)重要份額的增程式汽車(chē)領(lǐng)域，碳化硅技術(shù)也迎來(lái)利好消息。隨著增程式汽車(chē)逐漸向高電壓化的 “大電池，小油箱” 路線發(fā)展，碳化硅技術(shù)的應(yīng)用成為必然趨勢(shì)。部分車(chē)企已基于這一理念發(fā)布了應(yīng)用碳化硅的增程式汽車(chē)車(chē)型，未來(lái)碳化硅有望在更多增程式汽車(chē)中得到廣泛應(yīng)用。
如今，中國(guó)混動(dòng)技術(shù)正以碳化硅為核心，開(kāi)啟效率革命的新篇章。五菱混動(dòng)汽車(chē)不久前宣布正式采用碳化硅技術(shù)，奇瑞汽車(chē)也針對(duì) SiC 混動(dòng)汽車(chē)宣布了新的布局。目前，吉利、長(zhǎng)安、北汽及紅旗等眾多車(chē)企已紛紛布局碳化硅混動(dòng)賽道。據(jù)陽(yáng)光電動(dòng)力預(yù)測(cè)，2030 年中國(guó)混動(dòng)市場(chǎng)規(guī)模將突破 2000 萬(wàn)輛，有望成為車(chē)規(guī) SiC 應(yīng)用的第二大增長(zhǎng)極。
此外，碳化硅技術(shù)的應(yīng)用范圍正逐步向家庭乘用車(chē)以外的市場(chǎng)拓展。在商用車(chē)領(lǐng)域，如重卡、大貨車(chē)，越來(lái)越多的 Tier 1 企業(yè)正與碳化硅模塊企業(yè)和終端企業(yè)合作，積極探索碳化硅在商用車(chē)上的應(yīng)用可能性。在上海車(chē)展上，采埃孚、博格華納等全球頂級(jí) Tier 1 企業(yè)展示了其在商用車(chē)上應(yīng)用的高功率碳化硅電控，法士特公司更是展出了其與博格華納合資公司開(kāi)發(fā)的商用車(chē)碳化硅電驅(qū)橋，為碳化硅在商用車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了實(shí)踐范例。
05、國(guó)產(chǎn)EV和Tier 1的繁榮背后的國(guó)產(chǎn)供應(yīng)鏈崛起
自 2014 年起步以來(lái)，中國(guó)新能源汽車(chē)歷經(jīng)三代迭代升級(jí)，從分布式架構(gòu)逐步演進(jìn)至中央集成式電子電氣架構(gòu)。當(dāng)國(guó)內(nèi)車(chē)企邁入第三代平臺(tái)時(shí)，海外多數(shù)廠商仍停留在第一代技術(shù)階段，這種技術(shù)代際差距在市場(chǎng)表現(xiàn)上得到了充分體現(xiàn)。中國(guó)新能源汽車(chē)年銷(xiāo)量突破 1100 萬(wàn)臺(tái)，全球占有率超 70%，本土滲透率超 50%。
隨著汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，中國(guó)供應(yīng)鏈也實(shí)現(xiàn)了迅猛崛起。在全球零部件百?gòu)?qiáng)榜單中，中國(guó)企業(yè)數(shù)量從最初的僅 2 家躍升至 15 家。在電池領(lǐng)域，中國(guó)企業(yè)占據(jù)全球前十的半數(shù)席位；電驅(qū)系統(tǒng)從 “三合一” 向 “十二合一” 高度集成化發(fā)展；高壓平臺(tái)從 400V 向 800V 邁進(jìn)，充電效率大幅提升；智能化技術(shù)的發(fā)展更是讓車(chē)輛從單純的機(jī)械載體轉(zhuǎn)變?yōu)橐苿?dòng)智能終端，全方位推動(dòng)了汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)。
四月底，芯聯(lián)集成發(fā)布 2024 年全年及 2025 年第一季度業(yè)績(jī)公告，披露了其 2024 年碳化硅業(yè)務(wù)的相關(guān)進(jìn)展。在車(chē)規(guī)級(jí)產(chǎn)品工藝方面，SiC 工藝平臺(tái)已實(shí)現(xiàn) 650V 到 2000V 系列的全面布局，部分工藝平臺(tái)已完成全系列產(chǎn)品參數(shù)及可靠性驗(yàn)證，進(jìn)入規(guī)模量產(chǎn)階段，標(biāo)志著芯聯(lián)集成在碳化硅技術(shù)產(chǎn)業(yè)化方面取得重要成果。
斯達(dá)半導(dǎo)體公布的 2024 年年度報(bào)告和 2025 年第一季度報(bào)告顯示，其 SiC MOSFET 模塊在國(guó)內(nèi)外新能源汽車(chē)市場(chǎng)持續(xù)穩(wěn)定大批量交付。同時(shí)，自建 6 英寸 SiC 芯片產(chǎn)線流片的自主車(chē)規(guī)級(jí) SiC MOSFET 芯片已開(kāi)始批量裝車(chē)。自建產(chǎn)線的車(chē)規(guī)級(jí) SiC MOSFET 芯片成功量產(chǎn)，將為公司 2025 - 2030 年主控制器用車(chē)規(guī)級(jí) SiC MOSFET 模塊的銷(xiāo)售增長(zhǎng)提供有力保障。在客戶合作方面，斯達(dá)半導(dǎo)體新增多個(gè)海外一線品牌 Tier1 的 IGBT/SiC MOSFET 主電機(jī)控制器項(xiàng)目平臺(tái)定點(diǎn)，進(jìn)一步鞏固了其在行業(yè)內(nèi)的市場(chǎng)地位。
這些成績(jī)充分印證了中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)在規(guī)模與質(zhì)量上的全面引領(lǐng)，中國(guó)正從汽車(chē)大國(guó)逐步邁向汽車(chē)強(qiáng)國(guó)，在全球汽車(chē)產(chǎn)業(yè)格局中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。