电子发烧友原创 章鹰
近日，美国电动汽车大厂特斯拉在投资者活动日上，动力总成负责人Colin Campbell表示：“为进一步降低车辆成本，计划在下一代电动汽车动力系统中减少碳化硅（SiC）晶体管75%的使用量。”当天，安森美半导体，ST Microelectronics和Wolfspeed的股价下跌。
特斯拉高调“减碳”消息一出，其他汽车厂商是否跟进呢？业内专家对电子发烧友记者表示，碳化硅市场今年依然是供不应求的状态，尤其是新能源汽车行业对于碳化硅井喷的需求。调研机构TrendForce的预估，电动车市场2023 年的成长率将达到36.2%，SiC（碳化硅）占功率半导体元件市场比重会从2021 年的4.1%，到2025 年上升至12.4%。
碳化硅宽禁带半导体具备高频、高效率、耐高温、高功率密度和高可靠性特点，它们比用硅功率晶体管制成的半导体承受更多的热量，具有更长的使用寿命并且更节能，广受新能源汽车大厂欢迎。结合国内、国际第三代半导体最新的预测数据和国内五大车厂在第三代半导体的布局，本文详细分析国内车企在SiC产业链布局的最新进展。
十大车企业在车用SiC产业链的布局
图：电子发烧友根据公开资料制图
SiC在新能源汽车领域应用前景广阔
中国第三代半导体产业技术创新联盟副秘书长赵静表示，2022年受到疫情影响，半导体进入下行周期。但是在新能源汽车、光伏、储能应用的需求增长下，第三代半导体的市场增长超预期。据CASA Research预测，到2026年，中国SiC、GaN功率器件的市场规模将达到366亿元，年复合增长率达到36.5%。其中新能源汽车（含充电设施）是最大的应用场景。
国际调研机构Yole发布的报告显示，2021-2027 年全球碳化硅功率器件市场规模有望从 10.90 亿美元增长到 62.97 亿美元，其中车规级市场空间有望从 2021 年 6.85 亿美元增长至 2027 年49.86 亿美元，年复合增长率将达39.2%，2027 年车规级SiC 器件占整个 SiC 器件市场的比例有望提升至79.18%。其中主驱逆变器市场规模约为44.1 亿美元，约占据整个车规级市场 88.6%份额，并占据整个SiC 器件市场70%以上的市场空间。
国内车厂在碳化硅产业的最新布局比亚迪：SiC模块规模应用，高端车型搭载SiC电控技术平台
比亚迪是国内新能源汽车排名第一的厂商，它在碳化硅产业的进展最为迅速。2020年，比亚迪高端车型“汉”搭载了SiC器件，预计2023年，比亚迪将在旗下的电动车中，实现SiC器件对硅级IGBT器件的全面替代，将整车性能在现有基础上提升10%。
近日，比亚迪半导体官方微信显示，这家公司功率半导体产品中心卢汉汉博士领衔的团队参赛项目“车规级SiC MOSFET研发及产业化”一举获得“第一届粤港澳大湾区博士博士后”创新组决赛优胜奖。项目团队自主研发的车规级SiC MOSFET产品，突破高温封装材料、高寿命互连设计、高散热设计及车规级验证等技术难题，该功率模块已经在2020年搭载在比亚迪明星车型“汉EV”上市，助力整车实现百公里加速3.9s，整车NEDC续航提升30Km，系统效率提升3.6%。已实现SiC模块在新能源汽车高端车型电机驱动控制器中的规模化应用。同时，比亚迪半导体也是全球首家、 国内唯一实现 SiC 三相全桥模块在新能源汽车电机驱动控制器中大批量装车的功率半导体企业。
图：比亚迪半导体官方微信
去年，比亚迪发布了高端汽车品牌“仰望”，该品牌包括两款量产车型U8和超跑U9，仰望品牌U8车型的电驱总成系统搭载了SiC电控技术。比亚迪推出全新一代SiC电控技术平台——“易四方”，易四方技术平台搭载的电驱总成系统最大马力可超 1100 匹，最高转速可达 20500rpm，行业领先。同时，易四方技术平台全系车型都将标配 800V 高压 SiC 电控，最高效率可达99.5%，功率密度提升100% ，整车工况效率提升3%以上。
长安汽车：自建SiC项目+投资+CSS技术平台2021年底，长城汽车股份有限公司与河北同光半导体股份有限公司签署战略投资协议。这宣告着长城汽车正式进军第三代半导体核心产业。长城汽车作为领投方入股同光股份，将推进后者的碳化硅产业发展，聚焦第三代宽禁带半导体碳化硅在新能源汽车产业的应用。2022年，长安汽车推出首款SiC车型沙龙机甲龙，因搭载了SiC技术，支持800V超级快充，峰值电流高达600A，充电10分钟，即可实现CLTC续航401公里。
除了自建SiC模组项目外，长城汽车也在积极布局SiC产业链。纬湃科技将为长城汽车旗下中高端电气化平台配套新一代高压逆变器，可根据客户需求适配不同功率、不同模块（硅基/SiC）的应用。
2023年，长城汽车对SiC产业链进行入深入的布局，模组封测项目聚焦核心技术，通过CSS技术平台，模块控制密度可以提升50%、成本降低30%，主要应用于主逆变器及充电领域，规划车规级模组的年产能是120万套。长安汽车旗下的蜂巢传动科技正在加快SiC模块生产线的建设进度。
上海大众：完成碳化硅“三合一”试制，预计搭载在ID.4 X车型2022年，上汽大众官方宣布完成碳化硅“三合一”电桥试制，未来将搭载在ID.4 X车型上。这项技术将有效提升车辆的续航水平。
上汽大众驱动系统部门在2021年3月正式立项，开发一款MEB平台的碳化硅“三合一”电桥产品。上汽大众与国内领先的碳化硅功率半导体模块供应商“臻驱科技”合作，加快开发进程。6月底，项目组完成了碳化硅电控部分的产品设计和开发。7-11月，项目组在公司内部台架上独立完成了碳化硅 “三合一”电桥的集成试制和测试。12月，经过数月的测试、迭代和验证，该产品亮相“上汽大众预研技术展示日”。据悉，碳化硅电控的最高效率达到99.9%，未来搭载碳化硅技术的ID.4 X车型可以提升4.5%续航里程。
吉利：200KW SiC电驱下线，2023款极氪001搭载SiC新车
2022年，极氪威睿200kW SiC电驱动总成正式批产下线。该款总成是基于吉利浩瀚架构打造的首款SiC电驱产品，其中的核心SiC模块则由国内厂商芯聚能提供。该产品可使整车续航里程提升约3%~5%左右。目前吉利共拥有3款SiC汽车，其中2022年发布的包括smart精灵和极氪009，分别于4月和11月发布，还有2023年1月发布的极氪001。
2023年1月，吉利极氪001率先推出了SiC新车。这款新车依托碳化硅技术，通过热管理系统&驱动系统优化，有效提升电驱系统效率，让极氪001的CLTC综合工况续航提升6-10km，零到百公里加速时间仅需3.8s；除了现款的86kWh和100kWh电池包外，最大可支持140kWh电池包，实现CLTC综合工况续航里程1032km。
蔚来：已经量产5款SiC车型作为造车新势力的代表品牌之一的蔚来，2020年7月SiC项目已经立项。2021年6月首台碳化硅电驱系统 C 样件下线。接着，蔚然动力一份编制于2021年8月份的新能源汽车电驱动系统扩建项目环评报告显示，除了碳化硅研发实验室外，蔚来将建设自研碳化硅功率模块工艺实验。
据悉，蔚来采用了SiC电驱系统的纯电动汽车包括ET7和ET5。其中ET7是首款搭载SiC电驱的车型，采用的前永磁同步电机功率达到了180kW，使用了碳化硅功率模块替代了传统的硅基IGBT功率模块，以弥补传统硅基IGBT电压范围窄、通过的电流不够大的劣势。第二款SiC电驱车型，ET5，是在后驱采用210kW的碳化硅永磁电机。
除了ET5和ET7外，蔚来旗下还有三款SiC车型，分别为ES7、新一代ES8及EC7。其中，蔚来ES7于2022年6月发布，新一代ES8及EC7于2022年12月发布；ET7已于2022年3月启动交付；ET5 于2022年8月正式下线，9月开启交付。
SiC给新能源汽车带来的两大方面的好处：一是在低载时的能效和里程可显著增加，尤其是在城市工况下，综合工况效率≥91.5%；二是通过的电流能力提升了30%，带动续航里程等性能的提升。与此同时，电池的容量越大，使用SiC能够带来的利益越多。
小结SiC 已逐渐在电动车主驱逆变器中扮演要角，未来随着电气架构将往800V迈进，而耐高压SiC 功率元件预料将成为主驱逆变器标配。面向产业朝800V及以上高压方向发展，目前碳化硅功率模块在电动车主驱逆变器的规模化应用已经开始。
2022年是国内碳化硅上车元年。2023年，SiC加速上车，一方面是缓解IGBT短缺现状，一方面SiC上下游产业链为上车进行冲刺，我们看到比亚迪、吉利、上汽大众、东风、蔚来、问界和小鹏等更多国内车企推出碳化硅量产车型。行业专家认为，当SiC的成本降至Si基成本的2倍左右，SiC电驱系统的综合优势将会体现出来，我们期待2023年SiC产业迎来新的变化和亮点。
