汽車電氣化趨勢下眾企紛紛布局車用SiC市場

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李誠）隨著科技的不斷迭代更新，汽車領(lǐng)域進(jìn)入了電氣化時(shí)代。電動汽車的電力驅(qū)動系統(tǒng)不斷地往輕型化、小型化發(fā)展，快速充電也是眾多電動車車主的追求。先進(jìn)的材料才是電動汽車得以快速發(fā)展的關(guān)鍵點(diǎn)。碳化硅（SiC）半導(dǎo)體的進(jìn)場，成了大家關(guān)注的焦點(diǎn)。

SiC有哪些優(yōu)勢利于電動車發(fā)展？

SiC是第三代功率半導(dǎo)體大功率器件，具有耐高溫、高功率密度、耐高壓、高效等特性。

高功率密度的特性一般應(yīng)用于車載充電機(jī)和充電樁中，開關(guān)損耗小，體積與傳統(tǒng)硅基MOSFET和IGBT比，相對較小，能夠讓車內(nèi)有限的空間實(shí)現(xiàn)更大的利用率。

耐高壓的特性一般應(yīng)用與汽車電池管理系統(tǒng)和車用直流充電樁中，現(xiàn)在眾多廠商為解決電動汽車充電時(shí)間長的問題，提高充電樁輸出電壓實(shí)現(xiàn)快速充電。高電壓的輸出對元器件耐壓值要求也隨之提高。SiC在1200V高壓中比Si更具性能優(yōu)勢。

高效的特性，SiC在車用逆變器里優(yōu)勢較為明顯，轉(zhuǎn)換效率更高。SiC和傳統(tǒng)IGBT相比系統(tǒng)效率能有5%以上的提升。

總體來說，憑借這些優(yōu)越的性能，SiC現(xiàn)被廣泛用于電動汽車的充電模塊、逆變器、和轉(zhuǎn)換器中。SiC的加入能夠加快充電速度、提高能量轉(zhuǎn)換效率增加續(xù)航里程、縮小器件與車內(nèi)空間的占比等。

SiC在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用

汽車市場逐漸由燃油車往電動車領(lǐng)域轉(zhuǎn)型，在SiC功率器件的助力下，加快了電動汽車的發(fā)展。SiC功率器件在電動汽車領(lǐng)域主要應(yīng)用于逆變器、電機(jī)驅(qū)動控制器等方面。

逆變器：SiC在能效轉(zhuǎn)換方面表現(xiàn)還是不錯(cuò)的，在800V的高壓環(huán)境下，SiC的整體系統(tǒng)效率高于Si基器件的8%，在充電時(shí)，SiC功率器件比Si基器件的能量轉(zhuǎn)換效率更高、損失少，能有效減少元器件數(shù)量，降低成本。SiC在散熱方面設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，體積相對較小。

電機(jī)驅(qū)動控制器：電極驅(qū)動控制器是電動汽車將電池內(nèi)的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的驅(qū)動控制單元。SiC的應(yīng)用能有效提升電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)的低負(fù)載效率，并提高5%~10%的續(xù)航里程。提升控制器功率密度， 由原18kW/L提升至45kW/L，有利于小型化；占比85%的高效區(qū)效率提高6%，中低負(fù)載區(qū)效率提高10%。

眾企布局車用SiC市場

新能源汽車的快速發(fā)展，車企及供應(yīng)鏈企業(yè)紛紛布局車用SiC市場。特斯拉是車企進(jìn)入SiC市場的領(lǐng)頭羊，早在2018年就將使用了SiC MOSFET器件的逆變器應(yīng)用于Modle3車型中。提升功率密度，增加續(xù)航。

國產(chǎn)品牌比亞迪，擁有豐富的汽車、功率半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，早期就投入巨資部署SiC建立完整的產(chǎn)業(yè)鏈。比亞迪是國內(nèi)首批自主研發(fā)且能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)SiC器件的企業(yè)。并在SiC公功率器件研發(fā)中實(shí)現(xiàn)了重大技術(shù)突破，實(shí)現(xiàn)SiC模塊在高端車型電機(jī)驅(qū)動控制器中的規(guī)模化應(yīng)用。

于上月公布了全球首家、國內(nèi)唯一實(shí)現(xiàn)在電機(jī)控制器中實(shí)現(xiàn)大批量裝車的SiC三相全橋模塊。該SiC功率器件應(yīng)用于電機(jī)控制器，提升一倍的功率密度，百公里加速度僅為3.9秒，較之采用IGBT 4.0芯片的全新一代唐EV的4.4秒高于0.5秒。

據(jù)英飛凌官方顯示，今年5月3日該公司推出基于CoolSiC MOSFET技術(shù)的新型汽車電源模塊HybridPACK Drive CoolSiC，該電源模塊可應(yīng)用于電動汽車的牽引逆變器中，可在1200V高壓下正常工作。該模塊具有高功率密度、高性能等特點(diǎn)，可應(yīng)用于電動汽車中能夠?qū)崿F(xiàn)更高的轉(zhuǎn)換率，降低電池成本。

2019年Cree賣掉主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)進(jìn)軍車用SiC和射頻器件市場，這一年中不斷與半導(dǎo)體企業(yè)和汽車制造企業(yè)緊密合作，加快車用SiC的研發(fā)量產(chǎn)，并推出多款車用SiC MOSFET，轉(zhuǎn)變低級控制器、DCDC變換器、充電器、逆變器只能用IGBT的局面，提高功率密度、能量轉(zhuǎn)換效率、降低熱損耗。

據(jù)Cree預(yù)計(jì)，2022年車用車用SiC市場將會達(dá)到24億美元，未來10年市場空間將會達(dá)到150億美元。Cree看好車用SiC的發(fā)展趨勢，追加10億投資，以滿足今后的市場需求。

鴻?？萍既?C代工大廠于上月25.2億元新臺幣收購?fù)?寸晶圓廠，致力于開發(fā)生產(chǎn)第三代功率半導(dǎo)體，側(cè)重于電動汽車SiC功率元器件方向。據(jù)陳偉銘公開表示，鴻?？萍紩诨赟iC的基礎(chǔ)上對民用太陽能逆變器、充電樁、工業(yè)馬達(dá)等領(lǐng)域進(jìn)行開發(fā)研究并給出完整的解決方案。

不止上述企業(yè)，ST、豐田、大眾、本田、福特、采埃孚、科銳、株洲中車時(shí)代等企業(yè)均有對車用碳化硅進(jìn)行部署。

總結(jié)

汽車往電氣化方向的轉(zhuǎn)變已成大勢所趨，硅基功率器件的發(fā)展已逼近其物理極限，SiC推動了電動汽車的發(fā)展?；鸨碾妱悠囀袌?，吸引了眾多企業(yè)布局車用SiC，加速SiC放量元年的到來。

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編輯：jq