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william威廉希尔:集微咨询:800V将成电动汽车主流平台SiC规模上车或将进入倒计时

发布时间:2022-02-02 03:16:18 来源:william威廉希尔 作者:williamhill吧

  原标题:集微咨询:800V将成电动汽车主流平台,SiC规模上车或将进入倒计时

  -800V高压快充是里程焦虑的“破局者”,国内外车企由此掀起了一轮800V电压平台车型发布潮,以抢攻大功率快充新高地。但800V高压平台的落地是一大系统工程,从系统部件,到整车,以及基础设施等都需要同步变革与推进,上至半导体元器件、电池模组安全性提升,下至车、桩、充电网络的联动升级,当前仍面临许多技术难点;

  - 毋庸置疑,800V高压平台将成未来电动汽车主流平台,而且伴随800V的落地, SiC功率半导体也将成为必然选择,尤其在主驱逆变器这块首当其冲。2021年以来,半导体供应商+车企的“组合拳”模式,正在加速SiC车规级产品落地;

  -2025年,中国新能源汽车预计增长至700万-1000万辆,届时中国有望成为车用SiC需求最大市场。当下,车用SiC芯片领域仍以欧美日等成熟市场的半导体企业为主,但2021年自主SiC已实现了从无到有的突破,相信规模量产只是时间问题,而国内SiC供应链尚需珍惜时间窗口。

  2021年汽车行业的最大爆点,非新能源汽车不可。中国新能源汽车继续领跑全球,连续7年位居全球第一。中汽协发布的2021年汽车销售数据高于之前的预期,如下图所示,国内汽车全年累计销量2627.5万辆,其中新能源汽车销售352.1万辆,市占率也从2020年的5%左右跃升至13.4%。这一数字上涨背后,反映出新能源汽车市场正在进入由政策驱动转向市场拉动新阶段,终端消费者的接受度越来越高,且业界认为,新能源汽车占比达到15%或是一个小的转折点,这一数据标志着新能源汽车可能进入快速发展期,被消费者广泛接受。

  集微咨询(JW insights)认为,未来几年,中国乃至全球新能源汽车的份额都将快速扩大,但不能忽视亟待解决的两大痛点——续航里程不足与补能速度慢。其实,近年来为缓解续航里程焦虑,许多主机厂开始研发更长续航里程车型,供应商也推出创新电池技术、换电等一系列解决方案,但一味地增加动力电池的续航里程,技术方面似乎步入“天花板”,边际效应也开始降低,但充电焦虑仍悬而未决。

  超级快充由此成为未来动力电池发展的必然方向。中国科学院院士欧阳明高指出,解决充电的后顾之忧,需要更大功率的快充技术,超级快充是大势所趋,行业需要推进电动汽车采用≥800V的更高电压平台。同时欧阳明高团队的研究表明,对一个续航里程600公里的车5分钟应急补电充200公里是完全可行的,但要注意对一个续航里程200公里的车用5分钟充满,这一般做不到。

  2021年以来,国内外车企都开始以类似“充电5分钟,续航200公里”的构想来迎合消费者对于快速补能的需求。为进一步提高充电功率、缩短充电时间,绝大多数的主流车企选择高压快充方案,并将电压平台从400V提升到800V、1000V甚至更高的水平,特别是800V高压快充,已经被越来越多的整车厂提上日程。

  保时捷是开启800V的先行者。早在2019年,保时捷Taycan就率先量产800V电压平台,将最大充电功率提升到了350kW,不到23分钟能将Taycan Tuebo S容量93.4kWh的动力电池从5%充至80%,提供300公里的续航能力。2021年,全球新能源汽车市场渗透率快速提升,国内外车企由此掀起了一轮800V电压平台车型发布潮,以抢攻大功率快充新高地。由此可见,800V高压快充已经是业内公认的里程焦虑“破局者”。

  国内车厂方面,造车新势力和传统汽车厂商的智能电动品牌几乎纷纷“入场”,包括小鹏、理想、零跑、比亚迪e平台3.0、长城沙龙、东风岚图、吉利极氪、北汽极狐、广汽埃安等,如上表所示。

  例如,小鹏汽车在2021年广州车展上发布的全新SUV车型小鹏G9,将首次搭载800V高压SiC平台,同时为充分发挥800V平台超充技术优势,小鹏汽车还将铺设中国首批量产的480kW高压超充桩,实现充电5分钟最高可补充200公里续航。作为东风的高端汽车品牌,岚图2021年9月展示了自研800V高电压平台及超级快充技术,这是一套动力电池和用电设备均为800V高压系统,包括超级快充系统、超低系统能耗、高性能电池、SiC电驱总成,支持无线充电,且整车高性能电池搭载4C电芯,在360kW超级充电桩的加持下,充电速率可提升125%,实现充电10分钟,续航400公里。

  国际车厂方面,现代、起亚、通用、大众、奥迪、保时捷等最新的纯电平台大都将布局800V高电压平台,目前,2021年已在海外上市的起亚EV6,基于E-GMP平台打造,可支持800V快充,14分钟可将电量从30%充至80%,同是E-GMP打造的IONIQ 5于2021年在海外上市,能同时支持400V和800V充电桩。

  汽车零部件也紧跟车厂步伐,尤其是一些头部Tier1已在基于800V平台打造驱动系统。例如,传动系统巨头采埃孚2021年7月发布了全新的电驱产品,其是采用SiC功率芯片的电控和动力脱开机构的三合一电驱动系统,该系统将基于800V电压平台打造,预计将于2022年年底之前在中国投入量产,同时,CES 2022上,采埃孚宣布开发出了一种具有高度可扩展性、模块化的逆变器架构,可以最大限度地确保整车制造商在400伏和800伏两个电压等级的电机中进行灵活的选择。纬湃科技2021年7月也带来了其兼容800V电压平台的第四代三合一电驱动产品EMR4。舍弗勒2021年9月首次展示了一款自主开发的800V电机控制器,适用于高性能汽车电驱动桥系统。

  孚能科技在动力电池领域率先破题,其自主研发的800VTC超充超压技术是国内首个可量产的800V高电压平台,其整包充电等效2.2C,10%到80%充电仅需15分钟,续航里程能提升5%,可兼容400-800V系统,预计2022年10月正式进入量产阶段。

  由此可见,未来几年,新能源汽车800V高压方案呼之欲出,但从当下部分车企延迟量产落地时间来看,其中也不乏转型的挑战与阵痛。一方面,高压平台看起来并不复杂,只是升高了整车的电压,但对于技术的开发和应用,却是“牵一发而动全身”的系统工程电压平台的升高,意味着核心三电系统以及DC-DC、OBC等部件都要能在800V甚至1000V的电压下正常工作。另一方面,当下几乎所有充电桩不能适配800V平台,这就要求新装的充电桩有向下兼容的功能,同时适配400V和800V。

  集微咨询(JW insights)认为,800V的落地是一大系统工程,从系统部件,到整车,以及基础设施等都需要同步变革与推进,上至半导体元器件、电池模组安全性提升,下至车、桩、充电网络的联动升级,当前仍面临许多技术难点。

  但毋庸置疑,800V高压平台将成未来电动汽车主流平台,而且,集微咨询(JW insights)认为,伴随800V的落地, SiC功率半导体也将成为必然选择,尤其在主驱逆变器这块首当其冲,SiC替代Si是大势所趋,SiC或将迎来规模上车。

  相比于第一代半导体材料锗、硅等,以及第二代半导体材料砷化镓、锑化铟等,第三代半导体材料SiC具备优异的材料物理特性,为进一步提升功率半导体器件的性能提供了更大的空间,尤其在高频率、耐高温、高效率等方面具备碾压优势,即损耗更小,同样的电池容量可以拥有更多的续航里程,同样的续航里程可以消耗更少的电池容量。

  目前,SiC MOSFET在新能源汽车中主要应用于主驱逆变器、OBC(车载充电器)、DC/DC(直流转换器),以及电动汽车充电基础设施。在该领域,特斯拉当属产业的推动者。早在2014年,丰田就推出了SiC MOSFET,但受限于高昂的成本和技术的不成熟,前期产业发展一直较缓。直到2018年,特斯拉Model 3搭载了基于全SiC MOSFET模块的逆变器,2020年,比亚迪汉EV搭载了SiC MOSFET电机控制模块,随后宇通客车也迎来量产,吉利、奥迪、大众、蔚来、小鹏等目前也在加速SiC MOSFET逆变器的落地。

  800V平台更将加速这一市场进程。在如今普遍使用的400V电压平台下,采用SiC可以提高大概3%-5%的效率,且越是处于频繁开关/频繁刹车加油的低速工况下,获得的效率优势就更高,如果几乎以120km/h的时速一直在高速工况运行,效率的优势相对就没有那么大。所以在城市工况中运行,使用SiC器件带来的效率提升的优势就更加明显。

  电压平台从400V提升到800V,意味着电动汽车所有的高压元器件及管理系统都要提高标准,首当其冲的就是主驱逆变器,而在800V平台下,SiC的优势能发挥得更好,主驱逆变器可提升高达8%的效率,因此主驱逆变器这块,SiC替代Si的趋势已经不可逆转。

  正如前文所言,从400V向800V转变的过程本身不乏挑战与痛苦,但未来趋势不可逆转,且技术及产业发展太快,仍然需要企业在SiC领域趁早布局。初期的综合成本算下来肯定高昂,包括特斯拉刚开始使用SiC时也是亏钱,但目前早已盈利,因此企业技术部署一定要抢占先机,因为所有车规级的验证都需要18-24个月,等到有利可图时,可能入局已晚。

  集微咨询(JW insights)指出,2021年以来,半导体供应商+车企的“组合拳”模式,正在加速SiC车规级产品落地。

  例如,英飞凌2021年6月上市的电动车逆变器SiC模组将应用于现代汽车下一代800V电动车型,通过使用基于英飞凌Cool SiC电源模块的主驱逆变器,现代汽车能够将车辆的续航里程提高超5%,目前其IONIQ 5车型在NEDC工况下续航里程达到600km;同月,意法半导体与雷诺达成合作,将凭借意法半导体更高效的碳化硅等先进半导体产品和解决方案,支持雷诺下一代电动和混动汽车战略;罗姆SiC功率元件电控系统将被应用于吉利开发中的纯电动车平台;Wolfspeed已与通用汽车签署战略供应商协议,为通用汽车的电动汽车开发和交付SiC功率器件,通用汽车将专门在其下一代电动汽车的Ultium Drive推进装置中使用Wolfspeed的产品。

  放眼市场,车用第三代半导体SiC领域仍以欧美日等成熟市场的半导体企业占据主导地位。相关数据显示,目前第三代半导体主要环节国产化率仍然较低,尤其是车规级的SiC芯片主要依赖进口。

  而中汽协近期预测称,2022年新能源汽车的市场渗透率将超过20%,达到500万辆的规模,2025年将进一步增长至700万-1000万辆,这意味着中国有望成为车用SiC需求最大市场。而且,2020年年底以来的全球汽车缺芯强有力地证明了构建自主可控供应链的重要性。

  其实这两年,以比亚迪半导体、中车时代、三安光电、斯达半导体、华润微电子、派恩杰、芯聚能等为主的本土企业也都在积极发力车用SiC领域。尤其是比亚迪半导体、中车时代、三安光电、芯聚能等这些采用IDM模式的厂商优势更明显,斯达半导体也正从Fabless模式向IDM模式转型。

  这些本土供应商取得了一些突破,例如,由中车时代电气C-Car平台孵化的全新一代产品C-Power 220s在2021年年底正式发布,该产品是国内首款基于自主SiC的大功率电驱产品,系统效率最高可达94%。三安光电已经在湖南建设了国内首条碳化硅全产业链生产线,涵盖衬底、外延、芯片、研发、封测环节,正式点亮投产。芯聚能的SiC模块将用于主逆变器,且已通过国内前三大主机厂车载可靠性测试、夏季标定和耐久测试,系统环境耐久试验考核,预计2022年Q1量产。

  另一方面,在国产替代风口与资本投资热潮下,国内也开始涌现一批新锐力量,并密集获得资本的加持。2021年以来,包括派恩杰、瞻芯电子、阿基米德半导体、积塔半导体、臻驱科技、芯聚能半导体、基本半导体、利普思半导体等在内的多家本土企业均获得了新的融资,累计融资规模超百亿元,合力助推SiC落地与上车。

  集微咨询(JW insights)认为,虽然本土企业要想真正在车用SiC领域实现自主突围,仍任重道远,尤其是如何满足车规的高标准要求,是几乎所有本土企业亟待解决的问题,但目前已经实现了从无到有的突破,相信规模量产只是时间问题。TrendForce的报告显示,随着电动车渗透率不断升高,以及整车架构朝800V高压方向迈进,预估2025年全球电动车市场对6英寸SiC晶圆需求可达169万片。国内SiC供应链需要珍惜时间窗口,潜心研发并一步一个脚印向前发展,毕竟市场就在不远的未来。 (校对/萨米)返回搜狐,查看更多