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800V高压平台+SiC将成主流方向?芯聚能2022年量产SiC模块加快产业化进程

2021年12月31日 10:50  集微网  

2021年,以碳化硅(SiC)为代表的第三代半导体市场开始从最初的狂热落实到冷静的发展阶段,SiC上车的产业化进程正在加快,2022年或将开启规模量产元年。在“首届集微汽车半导体生态峰会”期间,广东芯聚能半导体有限公司(简称:芯聚能)总裁周晓阳接受集微网专访时表示:“2021年,基本上每一个造车新势力,或者传统汽车制造商造新能源汽车时都在考虑800V平台,800V主驱逆变器应用SiC将是大势所趋。”

800V高压架构将成未来电动汽车主流平台

2021年,新能源汽车发展势如破竹。以电动化的前沿阵地中国市场为例,中汽协预测的数据显示,2021年国内新能源汽车销售市占率有望从2020年的5%左右增加到13%,这一数字上涨背后,反映出终端消费者对新能源汽车的接受度越来越高,市场已经由政策驱动转向市场拉动。但仍不能忽视亟待解决的两大痛点——续航里程不足与补能速度慢。2021年国庆期间,“高速服务区排队4小时充电1小时”的新闻引发舆论热议,一一切中新能源汽车产业发展的要害。

其实,近年来为缓解续航里程焦虑,主机厂纷纷推出换电、研发更长续航里程车型等一系列解决方案,但一味地增加动力电池的续航里程,技术方面似乎步入“天花板”,边际效应也开始降低,充电焦虑仍未解决。周晓阳表示:“仅仅加装动力电池不是一个很好的解决方案,因为增加电池意味着增加重量,增加重量反而能耗更大。我非常看好500-600km区间续航里程的动力电池,将来加上很好的充电解决方案会更好。现阶段,出于充电更快的考虑,大部分车企都在发展800V平台的新能源汽车。”

确实,超级快充成为未来动力电池发展的必然方向,国内外车企都开始了充电5分钟,续航200公里这样的构想来迎合消费者对于快速补能的需求。为进一步提高充电功率、缩短充电时间,绝大多数的主流车企选择高压快充方案,将电压平台从400V提升到800V、1000V甚至更高的水平,特别是800V高压快充,已经被很多整车厂提上日程。

早在2019年,保时捷Taycan就率先量产800V电压平台,将最大充电功率提升到了350kW,可以在22.5分钟把Taycan Tuebo S容量93.4kWh的动力电池从5%充至80%,提供300公里的续航能力。

今年以来,伴随新能源汽车市场渗透率提升,全球各大汽车厂商纷纷规划800V高压系统车型,奥迪、捷尼赛思等豪华品牌电动汽车均已宣布采用800V高压系统,国内车厂方面,北汽极狐αS 和华为合作的Hi版搭配华为高压三电平台,小鹏G9的800V平台可实现充电5分钟,续航200公里,岚图800V系统可实现充电10分钟,续航400公里。公开资料显示,目前全球已推出或确定推出800V系统的汽车品牌多达20多家。

800V平台下,主逆变器采用SiC已不可逆转

新能源汽车800V高压平台方案呼之欲出,SiC功率半导体将成为必然选择。

相对于Si基IGBT,SiC MOSFET具有“三高优势”,高频率、耐高温,以及高效率,即损耗更小,同样的电池容量可以拥有更多的续航里程,同样的续航里程可以消耗更少的电池容量。SiC MOSFET在新能源汽车中主要应用于主驱逆变器、OBC(车载充电器)、DC/DC(直流转换器),以及电动汽车充电基础设施。

特斯拉当属产业的推动者,将SiC从理论上的好变成了实际的好。早在2014年,丰田就推出了SiC MOSFET,但受限于高昂的成本和技术的不成熟,技术一直都发展较缓。直到2018年,特斯拉Model 3搭载了基于全SiC MOSFET模块的逆变器,如今,比亚迪、宇通客车等车企也迎来量产,吉利、奥迪、大众、蔚来等也在加速SiC MOSFET逆变器的落地。

周晓阳谈到,在如今普遍使用的400V电压平台下,采用SiC可以提高大概3%-5%的效率,当然还要看在何种工况下,越是处于频繁开关/频繁刹车加油的低速工况下,获得的效率优势就更高。如果几乎以120km/h的时速一直在高速工况运行,效率的优势相对就没有那么大。所以,如果一直在城市工况中运行,效率的提升就更高。

周晓阳指出,“当然,在800V平台下,SiC的优势就能发挥得更好,总体效率提高6%-8%。同时电压平台从400V提升到800V,意味着电动汽车所有的高压元器件及管理系统都要提高标准,首当其冲的就是主驱逆变器,而且在主驱逆变器这块,SiC替代Si不可逆转。”

高无疑问,800V高电压平台技术的落地,将加速SiC上车,但其中也不乏转型的阵痛。一方面,高压平台看起来并不复杂,只是升高了整车的电压,但对于技术的开发和应用,却是“牵一发而动全身”的系统工程电压平台的升高,意味着核心三电系统以及DC-DC、OBC等部件都要能在800V甚至1000V的电压下正常工作。此外,当下几乎多有充电桩不能适配800V平台,这就要求新装的充电桩有向下兼容的功能,同时适配400V和800V。

周晓阳表示,转变的过程本身确实不乏痛苦,但技术发展太快,需要趁早布局。初期的综合成本算下来肯定高昂,包括特斯拉刚开始使用SiC时也是亏钱,但现在早已产生盈利,关键一定要抢占先机,因为所有车规级的验证都需要18-24个月,等到你认为有利可图时,可能入局已晚。

2022年或是SiC规模上车元年,芯聚能如何助力产业化进程?

中汽协近期预测称,2022年新能源汽车的市场渗透率将超过20%,达到500万辆的规模,随着车企布局的SiC电驱系统在2022年量产,2022年或将成为SiC大规模上车元年。

纵观市场,当前SiC上车的产业速度较为缓慢,可以归咎于三点:一是成本高昂;二是产能不足,目前全球能规模量产SiC芯片的厂商屈指可数,主要是意法半导体、博世、罗姆、安森美、科锐、英飞凌等国际厂商;三是可靠性问题,周晓阳谈到,“毕竟SiC上车时间尚短,有些失效模式还没有完全弄清楚,现在用的很多验证的还都是Si基功率器件的验证方式。当然,如果通过这些验证也说明它足够可靠,但是不一定能准确摸准它的脉络,因此对产品全流程的理解和积累十分关键。”

而芯聚能作为国内SiC模块供应商,具有突出优势。芯聚能成立于2018年,公司整个管理和技术团队均拥有十年以上的跨国半导体公司或国际知名研发机构工作的经验,技术团队涵盖了封装核心技术研发、芯片设计、产品模块设计、工艺开发、测试验证和应用方案、生产运营、品质管理等多方面人才。契合新能源汽车市场的发展,芯聚能目前正深耕SiC功率半导体器件及模块的研发、设计、封装、测试及销售,现有SiC产品包括SiC模块、单管SiC或小模块、分立器件SiC MOSFET,产品可广泛应用于新能源车电驱动,车载充电器,DC/DC,充电桩,储能,光伏逆变,工业变频等领域。

自成立以来,芯聚能非常注重研发,在不到三年的时间已经申请了超过100项专利,获批的已经有五十八项,发展非常快,尤其在封测、产品定义、产品应用方面有非常多且良好的积累。“SiC模块制造方面,我们现在跟国际大厂的模块制造水平基本达到同样的水平,或者在个别的地方比他们做的还更好。”周晓阳强调道。

此外,芯聚能加强产业链上下游联动与合作,2021年5月与吉利汽车子公司威睿电动汽车等合资成立广东芯粤能半导体有限公司,布局车规级功率半导体产品,受益于自主车企和SiC模块厂商的“组合拳”攻势,芯聚能将在这一轮竞争中占据有利地位。

尤为值得一提的是,“芯聚能SiC模块(6-in-1)将用于主逆变器,且已通过国内前三的主机厂车载可靠性测试、夏季标定和耐久测试,系统环境耐久试验考核,预计2022年Q1量产。”周晓阳补充道。

在现有SiC模块产品中,芯聚能采用的是国际大厂们的SiC芯片。虽然在前两年三代半的投资热潮下,部分国内SiC芯片供应商今年以来都有不同程度的进展,但到现在为止,已经上车的或者是在至少在2022年将要上车用于主驱逆变器的SiC芯片,还没有任何一款产品用国内供应商自己做的芯片,其在可靠性、良率、价格等方面距离国际大厂尚有不少差距。周晓阳也指出:“国内的SiC芯片还远远未到出成绩的阶段,但我相信将来我们也会用上国产的芯片,但这需要一步一个脚印。”

编 辑:章芳
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