汽车碳化硅技术原理图

　　汽车碳化硅技术原理图

　　相比硅基功率半导体，碳化硅功率半导体在开关频率、损耗、散热、小型化等方面存在优势，随着特斯拉大规模量产碳化硅逆变器之后，更多的企业也开始落地碳化硅产品。

　　功率半导体碳化硅（SiC）技术

　　Silicon Carbide Adoption Enters Next Phase

　　碳化硅（SiC）技术的需求继续增长，这种技术可以最大限度地提高当今电力系统的效率，同时降低其尺寸、重量和成本。但碳化硅溶液并不是硅的替代品，它们也并非都是一样的。为了实现碳化硅技术的承诺，开发人员必须仔细评估基于质量、供应和支持的产品和供应商选项，并且他们必须了解如何优化将这些破坏性碳化硅电源组件集成到其最终系统中。

　　对功率半导体器件的需求日益增长，推动了宽带隙半导体市场的发展。主要参与者一直在投资于SiC和GaN材料和晶圆的开发和大规模生产。WBG市场走向何方？谁是主导者？它们如何解决数十年来一直存在的成本高、数量有限和供应链受限的问题？这个EE时代的特别项目将揭示WBG半导体市场的技术、应用和动态。

　　越来越多的采用

　　碳化硅技术正处于一个急剧上升的采用曲线上。随着来自多个组件供应商的选择范围越来越广，产品可用性也越来越高。该市场在过去三年中翻了一番，预计在未来10年内将增长20倍，价值超过100亿美元。其应用范围正在超越车载混合动力和电动汽车（H/EV）应用，扩展到列车、重型车辆、工业设备和电动汽车充电基础设施内的非自动动力和电机控制系统。航空和国防供应商也在努力提高碳化硅的质量和可靠性，以满足这些行业对部件坚固性的严格要求。

　　碳化硅开发计划的一个关键部分是验证碳化硅器件的可靠性和坚固性，因为这在供应商之间有很大的不同。随着对整个系统关注度的不断提高，设计人员也需要对供应商的产品供应范围进行评估。重要的是，设计师与供应商合作，提供灵活的解决方案，如模具、离散和模块选项，这些选项由全球分销和支持，以及全面的设计模拟和开发工具支持。希望将来证明其设计的开发人员还需要探索最新的功能，例如数字可编程门驱动程序，它可以解决早期的实现问题，同时通过按键实现系统性能“调整”。

　　核心观点

　　800V架构是全级别车型实现快充的主流选择。对于电池端，快充实质上是提升各电芯所在支路的充电电流，而随着单车 带电量超100kWh以上的车型持续推出，电芯数量增加，若仍继续维持400V母线电压规格，电芯并联数量增加，导致母 线电流增加，对铜线规格、热管理带来巨大挑战。

　　因此需要改变电池包内电芯串并联结构，减少并联而增加串联，方能 在提升支路电流的同时维持母线电流在合理水平。由于串联数量增加，母线端电压将提升。而100kWh电池包实现4C快 充所要求的母线电压即为800V左右。为了兼容全级别车型快充功能，800V电气架构成为实现快充的主流选择。

　　整车： 会战高端化，800V车桩并举。2019年豪车品牌保时捷推出全球首款800V车型Taycan 。2020年比亚迪汉采用了 800V架构，2021年上海车展发布的e平台3.0亦搭载800V架构。随后华为、吉利、广汽、小鹏、岚图等Tier1和整车厂/品 牌推出了车桩两端的解决方案，以保障快充使用体验。

　　我们认为未来两年高端化是整车厂主战场，军备竞赛开启。补能 时间是电动车面临的核心短板之一，升级800V结构有利于实现快充，在短期内形成对中低端车型的差异化竞争力。长期 看快充对于中低端车型亦是刚需，800V架构升级具备长期趋势。

　　零部件与元器件：SiC和负极受益最大，其他部件平滑升级。从目前400V升级至800V ，变化最大的零部件和元器件主要 是功率半导体和电池负极。其中SiC基功率半导体由于耐压高、损耗低、开关频率高等优异性能，预计将全面替代Si基功 率半导体。

　　由于快充瓶颈在于负极，如要将目前的1C倍充电率提升至2C ，再提升至4C ，主流技术包括石墨包覆/掺杂硬 碳、硅碳负极。其余部件则需要重新选型，提升耐压等级，但整体来看成本变化平滑。短期来看高压方案比目前方案整 车成本增加2%左右，长期看有望低于目前成本，为整车厂推广建立了良好基础。