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新能源汽车将推动碳化硅产业快速发展
更新时间 2021-11-22 15:08
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近年来，电动汽车的销量持续快速提升，从中国市场来看，中汽协公布数据显示，今年前三季度，我国新能源汽车产销量分别达216.6万辆和215.7万辆，分别同比增长1.8和1.9倍。中国汽车工业协会副总工程师许海东预计，今年新能源汽车销量有可能突破300万辆。
全球新能源汽车总销量连月大涨，根据统计数据，今年9月，全球新能源汽车销量达到68.5万辆，创下最新记录，至此全球新能源市场占有率首次突破10%大关，达到10.2%，9月同比增幅达到98%。
当前，从特斯拉到比亚迪、蔚来等品牌，都在电动汽车中逐步采用碳化硅（SiC）产品，来提升汽车的性能、功耗等，未来随着电动汽车市场渗透率逐步提高，预计碳化硅产业也将站上风口。
特斯拉、比亚迪、蔚来等车企陆续采用碳化硅产品
目前，特斯拉、比亚迪以及蔚来已经正式推出了碳化硅相关产品，特斯拉是最早尝试在电动汽车上使用碳化硅芯片的厂商，特斯拉在其Model 3车型上，将SiC MOSFET用在主驱逆变器电力模块上，共24颗，每颗封装里面有两个SiC Die，应该说是共有48颗SiC MOSFET。
在国内车企中，比亚迪在汉EV车型已经开始使用自主研发的SiC MOSFET，打在SiC MOSFET的电机控制器，使汉EV四驱高性能版百公里加速度达到3.9秒，比采用IG BT 4.0芯片的唐EV的4.4秒高0.5秒。据报道，预计到2023年，比亚迪将在旗下的电动车中，全面采用SiC功率器件。
蔚来日前也宣布在ET7车型中应用SiC功率模块，实现了更强的加速和更长的续航，百公里加速3.9秒。吉利也表示采用了基于SiC功率器件的控制器，吉利自研的碳化硅功率芯片，预计将于2023年量产。另外通用、丰田、小鹏、一汽等车企也都提出了采用碳化硅产品的规划。
深受车企追捧，碳化硅使电动汽车充电效率大幅提升
对于电动汽车来说，续航和充电是需要重点关注的两个点，近几年电动汽车的续航已经有很大提升，从原来的200km左右到现在最大超过700km，而如何提升充电效率成了当前需要解决的难题。
过去大部分车型的动力电池系统额定电压都是400V，当前越来越多的厂商推出800V高电压平台，因为相比之下，800V电压能够使汽车充电效率有较大提升。最早在2019保时捷实现了800V高电压量产，之后吉利、比亚迪、通用、小鹏都推出了800V高电压平台。
通常允许使用的电压范围上限为系统额定电压的115%~120%，动力电池额定电压为400V的时候，充电时电压基本在500V以内，比如奥迪e-tron，额定电压是396V，使用150kW的直流快充桩充电，充电电压最高451.9V，峰值电流为248A，绝大部分电动车30分钟左右充电30-80%。
800V高电压的时候，比如小鹏在800V高压平台下，充电峰值电流大于600A，电驱最高效率将大于95%，充电5分钟就可以实现200km的续航。长安在800V电驱平台下，充10分钟可以补能200km续航。
碳化硅具有耐高压、耐高温、高频等优势，更适合用于800V电压，深受电动汽车厂商追捧，对于800V及以上高电压平台，电机逆变器是关键，在400V平台中基本采用IGBT，在800V平台中车企普遍采用SiC MOSFET，相较于前者，SiC MOSFET可以使整体系统效率提高8%，而且尺寸和重量也大幅缩小。
电动汽车发展，有望推动碳化硅产业更加快速发展
近几年碳化硅在业界的探索下，正在快速发展，然而从当前来看，碳化硅产业当前也确实存在亟待解决的问题，一是成本过高，二是产能不足。
业内人士表示，碳化硅当前的成本还较高，要下降到跟硅接近，还需要几年的时间。产能方面，目前全球SiC晶圆产能大约只有40到60万片。以特斯拉Model 3为例，如果把所有器件都换成SiC，平均两辆车要消耗一片6英寸SiC晶圆，特斯拉预计会在2022年交付车辆达到100万辆，那么这时候如果SiC产能没有提升的话，全球的SiC产能将只够特斯拉使用。
目前全球碳化硅的供货格局还不够完善，厂商主要在美国、欧洲、日本，美国企业占据全球碳化硅产量的70%-80%，欧洲拥有完整的碳化硅衬底、外延、器件以及应用产业链，日本在设备和模块开发方面领先。在SiC外延片市场，美国Wolfspeed、DowCorning和II-VI三家公司大概占到80%；在SiC衬底市场，Wolfspeed、II-VI、日本昭和电工合计市场占有率超过75%。
中国在碳化硅衬底和外延片方面较为薄弱，不过近年来在市场需求的推动下，越来越多厂商进入碳化硅产业领域，比如天科合达、天岳等衬底材料厂商，瀚天天成、东莞天域等外延片厂商，比亚迪、斯达、泰科天润、基本半导体等器件厂商。
当前碳化硅的应用市场还很小，不过从车企对碳化硅的追捧程度来看，在电动汽车领域，碳化硅一定有很大的应用趋势，如今电动汽车正在快速发展，随着更多厂商将碳化硅应用在汽车上，在大规模市场需求的推动下，碳化硅产业必然会在产能上逐步提升、成本上不断降低，事实上碳化硅与硅在成本上的差距正在快速缩小，五年前碳化硅的成本还是硅的10倍，现在差不多只有两倍差距。
碳化硅行业未来的展望
电动汽车的爆发式增长，实际上是将碳化硅产业的发展推向了风口，行业巨头WolfSpeed（原名Cree）指出，预计2022年，碳化硅在电动车用市场空间将快速增长，达到24亿美元，而在2017年的时候碳化硅的整体收入才700万美元，也就是说会有将近350倍的增长。
今年以来明显看到越来越多的厂商进入碳化硅赛道，包括不少车企自己进行碳化硅产品的研发和生产，比如一汽、比亚迪、江淮和长城等，也有一些传统芯片厂商通过收购入场，比如安森美日前才完成对碳化硅生产商GTAT的收购，瑞萨也宣布收购一家领先的碳化硅功率半导体制造商UnitedSiC。预想未来几年，碳化硅产业将在电动汽车市场需求推动和产业链厂商积极入局下，不断取得突破性进展。
全球新能源汽车总销量连月大涨，根据统计数据，今年9月，全球新能源汽车销量达到68.5万辆，创下最新记录，至此全球新能源市场占有率首次突破10%大关，达到10.2%，9月同比增幅达到98%。
当前，从特斯拉到比亚迪、蔚来等品牌，都在电动汽车中逐步采用碳化硅（SiC）产品，来提升汽车的性能、功耗等，未来随着电动汽车市场渗透率逐步提高，预计碳化硅产业也将站上风口。
特斯拉、比亚迪、蔚来等车企陆续采用碳化硅产品
目前，特斯拉、比亚迪以及蔚来已经正式推出了碳化硅相关产品，特斯拉是最早尝试在电动汽车上使用碳化硅芯片的厂商，特斯拉在其Model 3车型上，将SiC MOSFET用在主驱逆变器电力模块上，共24颗，每颗封装里面有两个SiC Die，应该说是共有48颗SiC MOSFET。
在国内车企中，比亚迪在汉EV车型已经开始使用自主研发的SiC MOSFET，打在SiC MOSFET的电机控制器，使汉EV四驱高性能版百公里加速度达到3.9秒，比采用IG BT 4.0芯片的唐EV的4.4秒高0.5秒。据报道，预计到2023年，比亚迪将在旗下的电动车中，全面采用SiC功率器件。
蔚来日前也宣布在ET7车型中应用SiC功率模块，实现了更强的加速和更长的续航，百公里加速3.9秒。吉利也表示采用了基于SiC功率器件的控制器，吉利自研的碳化硅功率芯片，预计将于2023年量产。另外通用、丰田、小鹏、一汽等车企也都提出了采用碳化硅产品的规划。
深受车企追捧，碳化硅使电动汽车充电效率大幅提升
对于电动汽车来说，续航和充电是需要重点关注的两个点，近几年电动汽车的续航已经有很大提升，从原来的200km左右到现在最大超过700km，而如何提升充电效率成了当前需要解决的难题。
过去大部分车型的动力电池系统额定电压都是400V，当前越来越多的厂商推出800V高电压平台，因为相比之下，800V电压能够使汽车充电效率有较大提升。最早在2019保时捷实现了800V高电压量产，之后吉利、比亚迪、通用、小鹏都推出了800V高电压平台。
通常允许使用的电压范围上限为系统额定电压的115%~120%，动力电池额定电压为400V的时候，充电时电压基本在500V以内，比如奥迪e-tron，额定电压是396V，使用150kW的直流快充桩充电，充电电压最高451.9V，峰值电流为248A，绝大部分电动车30分钟左右充电30-80%。
800V高电压的时候，比如小鹏在800V高压平台下，充电峰值电流大于600A，电驱最高效率将大于95%，充电5分钟就可以实现200km的续航。长安在800V电驱平台下，充10分钟可以补能200km续航。
碳化硅具有耐高压、耐高温、高频等优势，更适合用于800V电压，深受电动汽车厂商追捧，对于800V及以上高电压平台，电机逆变器是关键，在400V平台中基本采用IGBT，在800V平台中车企普遍采用SiC MOSFET，相较于前者，SiC MOSFET可以使整体系统效率提高8%，而且尺寸和重量也大幅缩小。
电动汽车发展，有望推动碳化硅产业更加快速发展
近几年碳化硅在业界的探索下，正在快速发展，然而从当前来看，碳化硅产业当前也确实存在亟待解决的问题，一是成本过高，二是产能不足。
业内人士表示，碳化硅当前的成本还较高，要下降到跟硅接近，还需要几年的时间。产能方面，目前全球SiC晶圆产能大约只有40到60万片。以特斯拉Model 3为例，如果把所有器件都换成SiC，平均两辆车要消耗一片6英寸SiC晶圆，特斯拉预计会在2022年交付车辆达到100万辆，那么这时候如果SiC产能没有提升的话，全球的SiC产能将只够特斯拉使用。
目前全球碳化硅的供货格局还不够完善，厂商主要在美国、欧洲、日本，美国企业占据全球碳化硅产量的70%-80%，欧洲拥有完整的碳化硅衬底、外延、器件以及应用产业链，日本在设备和模块开发方面领先。在SiC外延片市场，美国Wolfspeed、DowCorning和II-VI三家公司大概占到80%；在SiC衬底市场，Wolfspeed、II-VI、日本昭和电工合计市场占有率超过75%。
中国在碳化硅衬底和外延片方面较为薄弱，不过近年来在市场需求的推动下，越来越多厂商进入碳化硅产业领域，比如天科合达、天岳等衬底材料厂商，瀚天天成、东莞天域等外延片厂商，比亚迪、斯达、泰科天润、基本半导体等器件厂商。
当前碳化硅的应用市场还很小，不过从车企对碳化硅的追捧程度来看，在电动汽车领域，碳化硅一定有很大的应用趋势，如今电动汽车正在快速发展，随着更多厂商将碳化硅应用在汽车上，在大规模市场需求的推动下，碳化硅产业必然会在产能上逐步提升、成本上不断降低，事实上碳化硅与硅在成本上的差距正在快速缩小，五年前碳化硅的成本还是硅的10倍，现在差不多只有两倍差距。
碳化硅行业未来的展望
电动汽车的爆发式增长，实际上是将碳化硅产业的发展推向了风口，行业巨头WolfSpeed（原名Cree）指出，预计2022年，碳化硅在电动车用市场空间将快速增长，达到24亿美元，而在2017年的时候碳化硅的整体收入才700万美元，也就是说会有将近350倍的增长。
今年以来明显看到越来越多的厂商进入碳化硅赛道，包括不少车企自己进行碳化硅产品的研发和生产，比如一汽、比亚迪、江淮和长城等，也有一些传统芯片厂商通过收购入场，比如安森美日前才完成对碳化硅生产商GTAT的收购，瑞萨也宣布收购一家领先的碳化硅功率半导体制造商UnitedSiC。预想未来几年，碳化硅产业将在电动汽车市场需求推动和产业链厂商积极入局下，不断取得突破性进展。
