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助力新能源车提升效率与安全,碳化硅正处C位
送交者: 雪狼99[☆★★★声望勋衔15★★★☆] 于 2023-03-20 17:28 已读 2863 次 1 赞  

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在新能源车生产领域对碳化硅技术热度高涨的时候,特斯拉却在投资者活动日宣布“下一代平台将减少75%的碳化硅”。虽然这只是一句宣告,却不得不让人产生联想,碳化硅是否要被淘汰了?笔者相信,随着技术的发展,肯定会有一天有更好更新的材料替代,但绝对不是现在。因为当下,新能源车发展正需要碳化硅技术的支持。
碳化硅帮助解决新能源车的两大痛点

简单来说,碳化硅在新能源汽车等领域的应用,主要集中在车载充电器、DC/DC转换器和逆变器等电动汽车零部件上,在第三代半导体中主要作为衬底材料存在。

之所以能走上C位,是其拥有满足高温、高压、高频、大功率等条件下的应用需求优势,让碳化硅器件实现耐高压、耐高温、实现高频性能等优点,而且能耗更低,运行能力更高,并在开关频率和功率频率上,能轻易突破传统材料的上限。

对于电动汽车来说,续驶里程、充电时间和电池容量是三个重要因素,而碳化硅的这些优点正好能够帮助解决电动汽车上一直存在的两大痛点“里程焦虑”和“充电焦虑”。


碳化硅功耗低、功率密度更高的优点,能够让和功率器件配套的无源器件、散热器的产品可以变得更小,让汽车空间利用率能变得更有效,也助力电池轻量化。同时,碳化硅耐高温、耐高压的特性还能助力系统效率提高,不仅满足800V超充技术在电动车上的应用趋势,让充电时间更短,还能让新能源车在高速工况下更为高效,带来更长的续航里程,缓解消费者“里程焦虑”与“充电焦虑”,也让充电安全性得到保证。

这些优势与特点让碳化硅能够在经历了硅、锗为代表的第一代半导体材料、以砷化镓、磷化铟化合物为代表的第二代半导体材料后,与氮化镓一起成为第三代半导体的半导体材料代表。
碳化硅需求潜力巨大,产业链纷纷上马合作

根据公安部交强险数据显示,2022年度中国新能源乘用车累计终端销量523.3万辆,同比增长79.8%。其中纯电动车终端销量397.4万辆,同比增长66.8%;插电式混合动力车终端销量125.8万辆,同比增长138.4%。新能源车市场的快速增长,也使得碳化硅半导体市场需求大增。有数据表明,新能源汽车市场占比已经超过碳化硅器件总市场的41%,预计将在2025年达到60%以上。同时,业内也预测到碳化硅市场将会引来持续的增长,到2025年,碳化硅市场会超过25亿美元,其中汽车行业将占15亿美元。

目前全球已有超过20家汽车厂商在车载充电系统中使用碳化硅功率器件,而碳化硅产业链的合作也在不断扩大。

比如罗姆半导体就拥有20多年碳化硅产品开发历史。早在2009年,其就收购了碳化硅衬底供应商SiCrystal,实现整个IDM的生产过程。而随着中国市场的蓬勃发展,罗姆加大了与国内企业的技术合作。比如在2020年,罗姆分别与纬湃科技、臻驱科技进行合作,进行碳化硅电源解决方案的开发;2021年,罗姆与吉利签署战略合作协议,更与正海集团合资成立上海海姆希科半导体有限公司,进行碳化硅功率模块研发与生产。并被联合电子认证为碳化硅功率器件解决方案的首选供应商。2022年,罗姆的SiC MOSFET被Lucid公司OBC应用,还通过了赛米控公司认证,在其eMPack®模块里应用。


目前,汽车与工业两大市场已经占到罗姆碳化硅业务60%-70%,罗姆也对于碳化硅市场的发展有着较高的增长预期,并制定了2023-2025年度规划,在2025年度实现超过1100亿日元的销售目标。因此,罗姆正在不断地进行碳化硅方面的投资,计划在2021-2025这五年投入1700-2200亿日元来提升产能,预计2025年产能相比2021年将提升6倍,到2030年提升25倍。宫崎基地和阿波罗筑后工厂的新厂房都将是罗姆扩产计划的坚实基础。

而在碳化硅产品上,罗姆在2021年推出了第四代碳化硅产品,并计划在2025年和2028年分别推出第5代、第6代产品,分别实现成本上30%的降幅。另外,罗姆将增加晶圆的直径,提高生产效益, 2023年实现200毫米(8英寸)衬底的量产,2024年实现50平方毫米的产品,支持更高电流输出的需求。

除了罗姆在积极布局碳化硅市场外,其他碳化硅器件制造商也在行动。比如意法半导体除了供应特斯拉碳化硅器件产品外,还与雷诺实现合作,提供用于电动和混合动力汽车的SiC功率器件供应;安森美与宝马签署长期供货协议,将EliteSiC技术用于宝马400 V直流母线电动动力传动系统;英飞凌也推出了全新的CoolSiC技术,实现更高的功率密度来提升可扩展性和应用效能,并降低成本。而老牌零部件供应商,如博世也加入了碳化硅市场,2021年就开始小规模生产和验证碳化硅半导体产品,2022年开始大规模生产。


基于新能源车技术发展对于碳化硅的需求增长,碳化硅市场正方兴未艾,产业链上各个环节正在快速壮大与发展。但特斯拉的未来规划也不能说有问题,毕竟碳化硅目前还存在价格高、产能小、技术壁垒等问题,探索一条新路并非不可以。


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