向800V平臺(tái)挺進(jìn)！

隨著汽車電動(dòng)化及800V高壓平臺(tái)的大規(guī)模上車，碳化硅功率器件（SiC）將進(jìn)入快速爆發(fā)期。

2021年以來(lái)，車企掀起了一輪大功率快充車型的發(fā)布熱潮，有廣汽埃安、吉利極氪、理想汽車、比亞迪、北汽極狐等車企陸續(xù)發(fā)布了搭載800V高電壓平臺(tái)的車型，其中不少都將量產(chǎn)時(shí)間定在了2022年。

實(shí)際上早在2019年，保時(shí)捷就在Taycan搭載了800V高壓快充平臺(tái)，也是最早搭載該技術(shù)的車企，曾一度成為新能源汽車發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)。

2022年成為了800V高壓平臺(tái)“元年”，未來(lái)，這一技術(shù)將進(jìn)入更多的新能源汽車，800V平臺(tái)架構(gòu)甚至將成為高壓快充的重要解決方案，開啟超高壓快充時(shí)代。

在800V甚至更高水平的平臺(tái)上，高壓快充會(huì)涉及到車內(nèi)電源到車外充電整個(gè)電路，具備耐高壓、耐高溫、高頻等優(yōu)勢(shì)的碳化硅器件（SiC），無(wú)疑將成為硅基IGBT芯片最佳的替代方案！

隨著電動(dòng)車滲透率不斷升高，以及整車架構(gòu)朝800V高壓方向邁進(jìn)，預(yù)估2025年全球電動(dòng)車市場(chǎng)對(duì)6英寸SiC晶圓需求可達(dá)169萬(wàn)片，未來(lái)幾年SiC功率器件將隨著汽車電動(dòng)化及800V高壓平臺(tái)的大規(guī)模上車，進(jìn)入快速爆發(fā)期。

未來(lái)，以SiC為核心的800V強(qiáng)電系統(tǒng)，將在主逆變器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、DC-DC、車載充電器（OBC）以及非車載充電樁等領(lǐng)域迎來(lái)規(guī)?；l(fā)展。

碳化硅（SiC）這條“賽道”愈發(fā)呈現(xiàn)出欣欣向榮之勢(shì)，不管是汽車產(chǎn)業(yè)鏈上游的芯片企業(yè)和一級(jí)零部件供應(yīng)商，還是下游傳統(tǒng)車企和造車新勢(shì)力，都在瘋狂押注碳化硅，合資建廠、擴(kuò)大產(chǎn)能、簽署供貨協(xié)議等等消息接踵而至。如此瘋狂的碳化硅半導(dǎo)體究竟有什么魔力，這就需要從其材料本身的性能來(lái)看。

碳化硅（SiC）是第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)材料，與Si相比，SiC在耐高壓、耐高溫、高頻等方面具備碾壓優(yōu)勢(shì)，是材料端革命性的突破。SiC擊穿場(chǎng)強(qiáng)是Si的10倍，這意味著同樣電壓等級(jí)的SiC MOSFET外延層厚度只需要Si的十分之一，對(duì)應(yīng)漂移區(qū)阻抗大大降低，且SiC禁帶寬度（~3.2 eV）是Si的3倍，導(dǎo)電能力更強(qiáng)。SiC導(dǎo)熱率為Si的4-5倍，電子飽和速度是Si的2-3倍，能夠?qū)崿F(xiàn)10倍的工作頻率。

基于碳化硅的功率器件相較于硅基器件具有耐高壓、耐高溫、抗輻射、散熱能力佳、更低的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗、更高的開關(guān)頻率、可減小模塊體積等杰出特性，不僅可廣泛用于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、列車牽引設(shè)備、充電樁、開關(guān)電源、光伏逆變器、伺服電機(jī)、高壓直流輸電設(shè)備等民用場(chǎng)景，還可顯著提升戰(zhàn)斗機(jī)、戰(zhàn)艦等軍用系統(tǒng)裝備的性能。

疊加“第三代半導(dǎo)體”在我國(guó)被賦予的戰(zhàn)略意義，碳化硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展直接被列入十四五規(guī)劃，適合高功率和高頻率應(yīng)用場(chǎng)景，如儲(chǔ)能、風(fēng)電、光伏、軌道交通、新能源汽車等行業(yè)。

800V高壓平臺(tái)也有它的一些現(xiàn)實(shí)掣肘。800V 超充由于電壓太高，充電模塊采用 IGBT 損耗會(huì)太高，要換用 SiC。SiC的價(jià)格是 IGBT 的 2.5至3 倍左右，由于 SiC 的散熱和耐熱性能比 IGBT 更佳、損耗更低、體積也更小，會(huì)有部分的成本降低，綜合下來(lái)，使用 SiC 充電模塊替代Si-IGTB會(huì)使成本大約貴上 1.5到2 倍。

比起一般的充電樁，800V 超充造成的電壓偏移情況也會(huì)嚴(yán)重很多，更容易電壓越限。如果按照現(xiàn)有的配電系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施，如果一整個(gè)城市全都是 800V 的超充站并且集中使用，最壞的預(yù)計(jì)結(jié)果可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)城市瞬間停電、各種電用設(shè)備燒毀。

這就和你在家里，同時(shí)使用十幾個(gè)電吹風(fēng)導(dǎo)致停電的概念差不多。立志要發(fā)展 800V 超充的車企當(dāng)然知道這個(gè)問題的存在，它們一致提出了“配置儲(chǔ)能”的解決方案，用儲(chǔ)能化解對(duì)配電網(wǎng)的沖擊。

由于 800V 超充要達(dá)到 360kW 甚至 480kW，電流要 450A 到 600A，不能像一般充電樁用風(fēng)冷，勢(shì)必要用液冷，成本也會(huì)上升。充電樁的采購(gòu)成本會(huì)上升 1.8 倍左右，估摸約 0.63至0.72 元 / W。一個(gè) 360kW 超充的成本估算約為 23 萬(wàn)到 26 萬(wàn)之間。

中國(guó)儲(chǔ)能的成本磷酸鐵鋰 1kWh 在 1000 - 1300 元之間、三元鋰 1kWh 在 1200 - 1600 元之間，只需特斯拉儲(chǔ)能系統(tǒng)的一半，而將來(lái)還會(huì)更便宜！儲(chǔ)能變流器 PCS 的成本差異更大，1kW 的成本在 320 - 500 元之間，只有特斯拉 PCS 的 1/3 到 1/5。

以 1MWh 計(jì)算，PCS 選 500kW，每 kWh 一樣用 2136 元，500kW / 1MWh 的成本約為 213.6 萬(wàn)元。結(jié)果是：儲(chǔ)能集裝箱比建超充站的成本還高。

中國(guó)現(xiàn)在超充配儲(chǔ)能的比例不高，不過在美國(guó)很多超充站已經(jīng)標(biāo)配儲(chǔ)能。以美國(guó)的 Electrify America 為例，擁有 350kW 大功率超充的站點(diǎn)，將配置一套特斯拉 350kWh、功率為 210kW（210kW/350kWh）的儲(chǔ)能系統(tǒng)。

Electrify America 一套特斯拉儲(chǔ)能系統(tǒng)，價(jià)格約 21 萬(wàn)美元，按 6.7 匯率計(jì)算約為 140 萬(wàn)人民幣。跟中國(guó)比，還蠻貴的。

雖然可以利用充放電從電網(wǎng)輔助服務(wù)賺錢，但從上面的儲(chǔ)能電站經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，能看到投資報(bào)酬率并不高。儲(chǔ)能的成本絕非大家想象的低，超充站絕非大家想象的容易建設(shè)。

很多時(shí)候，車企的宣傳帶偏了 800V 平臺(tái)的意義，似乎大功率超充能很快把電充滿，解決充電慢就是 800V 平臺(tái)的存在價(jià)值，車主充電不用等待就是最大訴求。顯然，這么理解不立體！

800V 平臺(tái)對(duì)新能源車輛而言，最大的意義是“降低能耗”！由于更高的電壓，800V在同等功率下，電流只需 400V 的一半。發(fā)熱量 = I2R，一半的電流，代表發(fā)熱量只剩 1/4。

雖然電機(jī)效率很高，發(fā)熱量本就不大，但相對(duì)應(yīng)的散熱器件，依然要占據(jù)空間；而現(xiàn)在發(fā)熱量變得更小了，散熱器件相對(duì)應(yīng)也能減少。并且 800V 平臺(tái)需要用到的 SiC 組件，其熱導(dǎo)率和耐熱值比 IGBT 好上許多，散熱器件可以進(jìn)一步減少。

也就是說，SiC 能將電機(jī)、電控的體積縮小到極致，騰挪出更多的空間，從而大幅提高汽車性能并優(yōu)化整車架構(gòu)，使新能源汽車具有更低的成本、更長(zhǎng)的續(xù)航里程、更緊湊的空間設(shè)計(jì)以及更高的功率密度。

經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，硅基功率器件正在接近材料極限，要進(jìn)一步提高其功率密度非常困難。比如目前市售電動(dòng)車所搭載的功率半導(dǎo)體多數(shù)為硅基器件，采用Si IGBT技術(shù)的功率模塊仍在電動(dòng)汽車應(yīng)用中占主導(dǎo)地位。

憑借著“耐高壓”、“耐高溫”、和“高頻”的特點(diǎn)，車規(guī)級(jí)SiC功率器件主要應(yīng)用于主驅(qū)逆變器、OBC、充電樁等場(chǎng)景，在主驅(qū)逆變器、OBC、DC-DC以及直流充電樁模塊中，SiC MOSFET在高壓系統(tǒng)中有望快速替代Si IGBT。

800V 平臺(tái)將有著更好的能源使用效率、更輕的重量，帶來(lái)續(xù)航里程的增加，為車主帶來(lái)實(shí)惠。