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SiC迎来上车时刻

发布时间:2023/5/27 16:52:01   
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SiC成为汽车领域冉冉升起的新星,正在引发车企及技术供应商的重视和布局。

近日,鸿海集团近6亿元收购6英寸SiC晶圆厂的消息,沸沸扬扬。鸿海方面透露,该工厂用来开发与生产第三代半导体,特别是电动车使用的SiC功率器件,计划年产能达到18万片。

8月11日,比亚迪半导体发文介绍称,比亚迪汉的第辆新车前不久在深圳比亚迪全球总部重磅下线,其电机控制器首次使用了比亚迪自主研发制造的高性能碳化硅功率模块,这也是全球首家、国内唯一实现在电机驱动控制器中大批量装车的SiC三相全桥模块。

此外,吉利最近也宣布纯电平台采用罗姆SiC技术,开发高效电控系统和车载充电系统。同时,其子公司与SiC企业芯聚能半导体等合资成立了广东芯粤能半导体有限公司,布局SiC国产化。另一边,零跑汽车也宣布年量产VSiC电控产品。

车企和产业链企业围绕SiC纷纷展开布局。

追溯SiC产品在汽车上的应用由来,早在年,丰田就推出了SiCMOSFET,但受限于高昂的成本和技术的不成熟,技术一直都发展较缓。直到年,特斯拉率先在Model3搭载了基于全SiCMOSFET模块的逆变器,降低传导与开关损耗。随后,奥迪、大众、蔚来等车企也在加速SiCMOSFET的落地,相继迎来量产。

特斯拉Model3搭载基于全SiCMOSFET模块的逆变器(图源:腾讯)

据不完全统计,目前国内已经有十几家车企已经采用或明确表示要采用SiC,随着新能源汽车市场的快速发展,未来2年SiC车载需求有望得到迅速提升。Yole预测,年起,SiC功率半导体全年产值年增幅将超过4成,年SiC功率半导体产值更可达32亿美元。其中,SiC在电动汽车领域的应用将以38%的年复合率增长,到年将超过15亿美元。

-年全球SiC市场规模分析预测(图源:智博睿投资咨询)

汽车领域进入SiC放量元年?

如此短的时间内,是什么原因导致SiC被追捧?SiC在汽车领域又呈现怎样的发展格局?

如今,随着新能源汽车高速发展,此前采用较多的硅(Si)基材料基本已逼近其物理极限,如工作温度、电压阻断能力、正向导通压降、器件开关速度等,尤其在高频和高功率领域更显示出其局限性。为此,需要新的材料来替代。

作为第三代半导体材料的典型代表,SiC具有宽禁带、高击穿电场、高热导率、高电子迁移率及更高的抗辐射能力,是高温、高频、高压、大功率以及耐辐射应用场合下极为理想的半导体材料。此外,由于SiC功率器件可显著降低电子设备的能耗,可使新能源汽车的系统效率更高、重量更轻及结构更加紧密,有助于节省成本以及续航里程的提升。

目前,电动车中的主驱逆变器仍以硅基MOSFET和硅基IGBT为主,但考虑到未来电动车需要更长的行驶里程、更短的充电时间和更高的电池容量,在车用半导体中,SiC将会是未来趋势,在汽车上的主要应用包括电驱、逆变器、DC/DC(直流转换器)、OBC(车载充电器)、电控以及电动汽车充电基础设施等部分。

电驱动集成系统将加速SiC器件在电动汽车中的量产落地,电驱动作为核心的动力系统,直接影响到整车的能源效率、续航里程等。在当前集成化趋势下,电机+减速器+逆变器集成的“三合一”电驱动模块将成为市场主流,通过集成化设计,一方面可以简化主机厂的装配,提高产品合格率;另一方面可以大规模缩减供应商数量,可以达到轻量化、节约成本的目的。

从市场进展来看,Tier1厂商博世、博格华纳、大陆、法雷奥等都纷纷推出了电驱动模块,且部分已经量产落地,凭借自身在机械制造领域的深厚经验,在电机、减速器领域的优势较为明显。

其中,逆变器作为电动汽车的另一大主要部件,为了满足市场对于高效驱动模块的需求,供应商都在通过兼并收购或战略合作等方式迅速补足逆变器尤其是高压逆变器技术这一块的拼图。出于成本因素考虑,当前基于SiC材料的逆变器首先配置于高端电动车,特斯拉是SiC器件应用的先行者,其Model3车型的驱动电机部分搭载了24个V/A的SiCMOSFET模块,车身比ModelS减轻了20%。

特斯拉Model3搭载了24个V/A的SiCMOSFET模块(图源:腾讯)

此外,车载充电器和充电桩使用SiC器件后将充分发挥高频、高温和高压三方面的优势,有助于提高汽车充电速度,实现充电系统小型化和高可靠性。

以充电桩为例,为了缓解消费者对电动汽车续驶里程的焦虑,各国都在建设公共充电桩,加速电动汽车的发展,充电桩将成为带动SiC应用实现突破的另一推动因素。随着电动汽车保有量的上升,提升充电效率缩短充电时间是用户的

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