新能源车“充电5分钟”趋势下的SiC碳机会是什么？

新能源车的充电问题一直是消费者关注的焦点，尤其是充电速度和充电桩的覆盖范围。随着技术的进步，快充技术不断突破，电池管理系统也在不断优化。特斯拉、保时捷和比亚迪等厂商都在积极推动800V高压充电平台的发展，这预示着高压快充将成为未来的主流。SiC（碳化硅）功率模块因其低能耗、小尺寸、高频开关和耐高温等优势，被广泛应用于逆变器、车载充电器和充电桩中。SiC材料的发展经历了三代半导体材料的演变，目前全球SiC衬底市场主要由美国Wolfspeed和II-VI等公司主导，而国内企业如三安光电、天岳先进等也在积极发展。随着SiC技术的成熟和成本的降低，预计其在新能源汽车领域的应用将越来越广泛。

新能源车的充电一直是阻挡很多人选择新能源车的硬伤，另外两大伤是担心续航和安全。

今天先说充电，总结起来就两个点：

1、充电速度慢

2、担心充电桩的覆盖

充电的速度，车厂其实一直都在解决，今天就给大家普及下未来的充电技术路线和其中的机会点。

传统燃油车的能量补充十分快速，燃油车从进入加油站加油到驶出加油站全程不超过10分钟。目前主流的充电技术依然达不到这个水平。

一、那么未来的解决方案了？

1、不断突破的快充技术

2、高效的BMS(电池管理系统)

下面看看各车厂的解决方案：

A、特斯拉

第一代充电桩V1功率为90kW;V2提升至120kW，自V3充电桩起，Tesla采用液冷技术，运用全新的架构使得电池能够承受更大功率的充电，充电峰值达到250kW，在峰值情况下充电可以达到15分钟为车辆补充250km的续航里程，V3对于Model3车型来说仅需40min便可将SOC由8%充至90%，相较于V2缩短20min。

下一步会新推出V4超冲，对于目前400V平台的Model3，当试配350kW的V4充电桩时，峰值电流或将达到900A，

B、保时捷

保时捷Taycan是第一个采用800V电池架构的，在保时捷自有充电桩的情况下，能够满足400V直流快充和800V直流快充，5分钟能够实现SOC80%的充电。

800VMacan车型即将面世。根据保时捷公开消息，新款Macan将于2023年发布，新车将搭载800V快充平台，与Taycan不同，新款Macan将使用大众集团PPE纯电平台，其将作为从零打造的纯电平台，充电功率或将达到270kW。

C、比亚迪

比亚迪开发了全新的e平台3.0，从底盘层、高压层、低压层、车身层，全面整车架构开发，突破了电动车的性能短板，赋予电动车高级别的智能进化能力，彻底释放智能、电动化潜力。e平台3.0将采用全新一代SiC模块，整车电控功率密度提升30%，最大支持电流、电压分别为840A、1200V。比亚迪e平台3.0同时搭载800V超充平台，达到充电5分钟续航150km的快充标准。

从三家厂商，我们大致可以看出，800V高压架构会成下一代主流充电平台

800V高压系统通常指整车高压电气系统电压范围达到550-930V的系统，统称800V系统。

快充的核心在于提高整车充电功率，提高充电功率主要两种方式，加大充电电流或者提高充电电压。目前大多数纯电动汽车的牵引逆变器都使用600V的IGBT模块。

但是特斯拉全系、比亚迪汉、奥迪e-tronGT则是用的SiC(碳化硅)功率模块。

特斯拉Model3的电驱动主逆变器采用意法半导体的全SiC功率模块，包含650VSiCMOSFET，其衬底由科锐提供。目前特斯拉仅在逆变器中引用了SiC材料，未来在车载充电器(OBC)、充电桩等都可以用到SiC。

比亚迪e平台3.0攻克了高功率密度SiC芯片可靠封装的难题，并成功开发出全球首款量产的SiC功率模块控制器，实现SiC功率模块完全自主设计、封装和制造，具备完全自主的知识产权。

汉的SiC模块同功率情况下体积较硅IGBT缩小一半以上，功率密度提升一倍。根据比亚迪，公司计划到2023年，在旗下所有电动车中用SiC功率半导体全面替代IGBT。

目前以特斯拉Model3、比亚迪汉为代表的车型在逆变器中采用SiC功率模块只是车用SiC器件的起步，未来随着SiC在车载充电器、DC/DC转换以及充电桩中渗透率提升，市场空间会比较大。

二、那么SiC到底是什么玩意？有何优势？

半导体衬底材料历经发展，一共经历了3个阶段:

1、第一阶段:1950年代开始，以Si和Ge为代表的第一代半导体材料制备而成的晶体管取代电子管，其典型应用是集成电路，主要应用于低压、低频、低功率的晶体管和探测器中，95%以上的集成电路都是以硅基材料制作;

2、第二阶段:1990年代开始，以GaAs为代表的第二代半导体材料崭露头角，由于其电子迁移率是Si的6倍，具有直接带隙，因此具有高频、高速的光电性能，被广泛用于制作半导体发光二极管和通信器件;

3、第三阶段:近年来，以SiC、GaN为代表的第三代半导体材料在禁带宽度、击穿场强、饱和电子漂移速率、热导率以及抗辐射等方面具有显著优势，可以满足对高温、高功率、高压、高频及抗辐射等恶劣工作条件的要求，同时功耗更低，体积更小。

优势具体表现在:

1)能量损耗低。

SiC模块的开关损耗和导通损耗显著低于同等IGBT模块，且随着开关频率的提高，损耗越低，同时可以实现高速开关，有助于降低电池用量，提高续航里程;

2)封装尺寸小。

在功率相同条件下，SiC功率模块的体积显著小于硅基模块，有助于提升系统的功率密度;

3)实现高频开关。

SiC材料的饱和电子漂移速率是Si的2倍，有助于提升器件的工作频率;高临界击穿电场的特性使其能够将MOSFET带入高压领域，克服IGBT在开关过程中的拖尾电流问题，降低开关损耗和整车能耗，减少无源器件如电容、电感等的使用，从而减少系统体积和重量;

4)耐高温、散热能力强。

SiC的禁带宽度、热导率约是Si的3倍，可承受更高温度，高热导率也将带来功率密度的提升和热量的更易释放，冷却部件可小型化，有利于系统的小型化和轻量化。

三、那么SiC的有哪些厂商生产了？

碳化硅发展趋势:衬底大尺寸化，切割高效化、器件模块化

SiC整个产业链，也是衬底、切割、器件三大块。

全球SiC衬底厂商中，美国的Wolfspeed，II-VI(贰陆/高意)占了绝对大头，国内主要就是三安光电、天岳先进、天科合达。

对比国内外SiC衬底发展水平，国外已达到8英寸水平，Wolfspeed已成功研发并投建8英寸产品生产线，II-VI已成功研制8英寸导电型SiC衬底，Soitec也宣称发布了首片8英寸SiC衬底;国内目前还处于6英寸水平及以下。

当然除了衬底比较难做，切割技术也很重要，之前英飞凌耗资1.24亿欧元，收购了一家晶圆切割公司Siltectra，当时一片6英寸的碳化硅晶圆的市场价格超过1000美元，而碳化硅在锯切过程中，大约一半的材料会损耗掉，“产生的锯末相当昂贵”。

根据Siltectra的说法，他们的技术能够“将SiC晶圆的良率提高90%，在相同碳化硅晶锭的情况下，它可以提供3倍的材料，可生产更多的器件，最终SiC器件的成本可以降低20-30%。”

而器件端，目前全球意法半导体一家独大，国内公司尚属发展早期，但已有部分企业如比亚迪半导体、斯达半导等碳化硅模块已实现上车应用。

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