特斯拉要消减SiC用量的冲击波似乎没有影响到车企的计划。日产和广汽埃安相继发布了新一代的电驱系统,能够大幅提升电动汽车的动力系统能效,而其背后的关键技术仍是SiC。
汽车工业已经离不开SiC了,无论是自研相关应用技术,还是与功率半导体企业进行结盟,SiC就是行业未来的概念已经深入人心。在没有出现重大颠覆性技术之前,这一趋势不会发生根本逆转。
SiC仍是车厂最爱
3月3日,广汽埃安发布全新一代高性能集成电驱技术——夸克电驱。 这款电驱的体积只有巴掌大小,但功率密度高达12kW/kg,相比行业6kW/kg的水平提升100%。
900V高效SiC是夸克电驱背后的“黑科技”之一。其以独特的沟槽栅极结构替代传统封装工艺,从芯片布局、芯片均流、缩小芯片开关延时、全银精准的低温烧结工艺等多方面的革新,实现SiC模块回路杂感降低50%,热阻降低25%,芯片最高工作节温提升16%,芯片通流能力提升10%。同时,高电压大电流的设计,得以让SiC模块峰值功率达到320kW。
3月9日,日产汽车公布了名为“多合一(X-in-1)”的电驱化动力总成新技术。根据这一新技术,日产旗下纯电动和e-POWER车型系统核心组件将实现共享和模块化应用。到2026年,这些车型的研发和制造成本将较2019年降低30%。
电驱是电动汽车的动力核心,无论是降本还是增效,SiC都是关键之一。所以日产表示,无论是纯电车还是混动车,未来都将会采用SiC。
从这两款新电驱的性能来看,SiC所带来的技术进步还是非常显著的。这样解释了电动汽车纷纷向800V电驱系统转进之时,SiC如何成为了车企的抢手货。
进入2023年,车企纷纷与SiC厂商结盟,以获得长期产能保证。1月6日,Wolfspeed宣布与梅赛德斯-奔驰达成合作。Wolfspeed 将为梅赛德斯-奔驰供应SiC器件,赋能其未来电动汽车平台,为其动力总成带来更高效率。
1月25日,德国大众与安森美签署一项战略协议,安森美的SiC产品将用于大众下一代平台系列的车辆牵引逆变器解决方案。3月6日,宝马也与安森美签下长期供货协议,宝马400V直流母线电动动力传动系统将采用安森美EliteSiC碳化硅技术解决方案。据悉,安森美最新的EliteSiC 750V M3 SiC芯片已经用在全桥功率模块上,功率达几百千瓦。
这仅仅是冰山的一角,随着通用、福特、保时捷、雷诺等老牌车企纷纷跟进,SiC使用者的名单越来越长,市场也越来越兴旺。
研调机构集邦科技(TrendForce)统计,随著安森美、英飞凌等与汽车、能源业者合作项目的明朗化,将推动2023年整体SiC功率元件市场产值达22.8亿美元,年增幅41.4%,至2026年产值更可望达53.3亿美元。
塞翁失马焉知非福
特斯拉的宣告让股市发生了震荡,但一位业内分析师认为这实际上对SiC供应商是件好事,因为表示了电动汽车行业内外对SiC的需求都维持在较高水平。
爱集微咨询资深分析师朱航欧认为,特斯拉作为新能源汽车的领头羊,它的一举一动当然会影响产业的发展方向。从目前看,特斯拉减少使用的原因可能是因为器件结构改进使得性能升级了,不是完全抛弃SiC方案。而这种升级只会正向促进SiC渗透率的进一步提升,加速SiC器件企业产品的更新迭代。
对于特斯拉将如何减少SiC的用量,著名的咨询机构Yole给出三种猜测。
首先,对逆变器进行缩减设计。Yole认为特斯拉会将逆变器模具从48个减少到12个,这会带来75%的SiC用量减少。但如果是这样,每个模具都需要增大尺寸才能处理更大的功率,SiC材料的用量反而不会大幅减少。
第二,特斯拉一直在开发一款新的入门级汽车,比现有车型更便宜、更紧凑。这种入门级的小型电动汽车将不需要那么多的SiC器件来为其提供动力。
最后,特斯拉采用了新的技术,如在汽车市场中也显示出很大潜力的GaN。但分析师们更倾向认为是一个长期趋势,虽然围绕GaN车用的讨论也沸沸扬扬,但特斯拉对低成本和产量扩大的需求使其不太可能在短期内转向比SiC更不成熟的材料。
不论如何,若特斯拉在SiC方面的进展成真,最终可能导致SiC价格下跌,进而加快电动汽车的普及速率,而电动汽车总销量的增加可能会部分抵消供应商在SiC用量方面的损失。
需要注意的是,SiC的机会不单来自车身。Yole 化合物半导体与新兴材料技术与市场分析师 Poshun Chiu指出,充电基础设施和光伏也是支持电动汽车发展的两个市场。需要更多的充电器来支持越来越多的电动汽车,而可再生能源与电动汽车有着相同的二氧化碳零排放目标。这些都是 SiC 获得更多动力的领域。
终端消费者对于新能源汽车的续航里程焦虑仍然存在。解决方案中,除了增加续航里程外,如何缩短充电时间也是当前主要的关注点之一。目前主流的方案,是从主机厂端、充电桩端推广并实现800V超级快充。
从400V到800V升级的过程中,SiC组件能够提高充电桩的最高工作温度、可承载的最大电压和整体功率密度,同时可以降低传导损失及电流泄露,因此为SiC的应用提供了广阔的增量空间。
博世子公司的最新数据显示,基于SiC的充储一体化充电站,单站安装初始成本可以减少170万左右,而十年的总拥有成本还可以降低约360万元,合计单站可节省超过530万元。
目前,该公司已经跟保时捷建立了合作,并在欧洲建设了众多SiC充电站,2023年计划扩展到美国市场。
目前新能源汽车充电桩中SiC器件的渗透率仅为10%左右,这也给大功率充电桩预留了广阔空间。伴随充电桩数量的高速增长,相信在未来以更高功率密度为需求的充电桩模块中,SiC尤其是SiC MOSFET的应用会越来越多。
所以,远还不用到为SiC前程担忧的时候。正如朱航欧所指出,“新能源汽车行业是SiC最为人熟知的应用领域,其火热只不过是提升了SiC的整体渗透速度,而SiC在工业电源等领域仍在逐年渗透,因此从中长期来看,SiC的发展不会受太大影响。”