汽車碳化硅技術原理圖

　　汽車碳化硅技術原理圖

　　相比硅基功率半導體，碳化硅功率半導體在開關頻率、損耗、散熱、小型化等方面存在優勢，隨著特斯拉大規模量產碳化硅逆變器之后，更多的企業也開始落地碳化硅產品。

　　功率半導體碳化硅（SiC）技術

　　Silicon Carbide Adoption Enters Next Phase

　　碳化硅（SiC）技術的需求繼續增長，這種技術可以最大限度地提高當今電力系統的效率，同時降低其尺寸、重量和成本。但碳化硅溶液并不是硅的替代品，它們也并非都是一樣的。為了實現碳化硅技術的承諾，開發人員必須仔細評估基于質量、供應和支持的產品和供應商選項，并且他們必須了解如何優化將這些破壞性碳化硅電源組件集成到其最終系統中。

　　對功率半導體器件的需求日益增長，推動了寬帶隙半導體市場的發展。主要參與者一直在投資于SiC和GaN材料和晶圓的開發和大規模生產。WBG市場走向何方？誰是主導者？它們如何解決數十年來一直存在的成本高、數量有限和供應鏈受限的問題？這個EE時代的特別項目將揭示WBG半導體市場的技術、應用和動態。

　　越來越多的采用

　　碳化硅技術正處于一個急劇上升的采用曲線上。隨著來自多個組件供應商的選擇范圍越來越廣，產品可用性也越來越高。該市場在過去三年中翻了一番，預計在未來10年內將增長20倍，價值超過100億美元。其應用范圍正在超越車載混合動力和電動汽車（H/EV）應用，擴展到列車、重型車輛、工業設備和電動汽車充電基礎設施內的非自動動力和電機控制系統。航空和國防供應商也在努力提高碳化硅的質量和可靠性，以滿足這些行業對部件堅固性的嚴格要求。

　　碳化硅開發計劃的一個關鍵部分是驗證碳化硅器件的可靠性和堅固性，因為這在供應商之間有很大的不同。隨著對整個系統關注度的不斷提高，設計人員也需要對供應商的產品供應范圍進行評估。重要的是，設計師與供應商合作，提供靈活的解決方案，如模具、離散和模塊選項，這些選項由全球分銷和支持，以及全面的設計模擬和開發工具支持。希望將來證明其設計的開發人員還需要探索最新的功能，例如數字可編程門驅動程序，它可以解決早期的實現問題，同時通過按鍵實現系統性能“調整”。

　　核心觀點

　　800V架構是全級別車型實現快充的主流選擇。對于電池端，快充實質上是提升各電芯所在支路的充電電流，而隨著單車 帶電量超100kWh以上的車型持續推出，電芯數量增加，若仍繼續維持400V母線電壓規格，電芯并聯數量增加，導致母 線電流增加，對銅線規格、熱管理帶來巨大挑戰。

　　因此需要改變電池包內電芯串并聯結構，減少并聯而增加串聯，方能 在提升支路電流的同時維持母線電流在合理水平。由于串聯數量增加，母線端電壓將提升。而100kWh電池包實現4C快 充所要求的母線電壓即為800V左右。為了兼容全級別車型快充功能，800V電氣架構成為實現快充的主流選擇。

　　整車： 會戰高端化，800V車樁并舉。2019年豪車品牌保時捷推出全球首款800V車型Taycan 。2020年比亞迪漢采用了 800V架構，2021年上海車展發布的e平臺3.0亦搭載800V架構。隨后華為、吉利、廣汽、小鵬、嵐圖等Tier1和整車廠/品 牌推出了車樁兩端的解決方案，以保障快充使用體驗。

　　我們認為未來兩年高端化是整車廠主戰場，軍備競賽開啟。補能 時間是電動車面臨的核心短板之一，升級800V結構有利于實現快充，在短期內形成對中低端車型的差異化競爭力。長期 看快充對于中低端車型亦是剛需，800V架構升級具備長期趨勢。

　　零部件與元器件：SiC和負極受益最大，其他部件平滑升級。從目前400V升級至800V ，變化最大的零部件和元器件主要 是功率半導體和電池負極。其中SiC基功率半導體由于耐壓高、損耗低、開關頻率高等優異性能，預計將全面替代Si基功 率半導體。

　　由于快充瓶頸在于負極，如要將目前的1C倍充電率提升至2C ，再提升至4C ，主流技術包括石墨包覆/摻雜硬 碳、硅碳負極。其余部件則需要重新選型，提升耐壓等級，但整體來看成本變化平滑。短期來看高壓方案比目前方案整 車成本增加2%左右，長期看有望低于目前成本，為整車廠推廣建立了良好基礎。