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800V高压平台渐成主流 国内车规级芯片亟需补齐“自主可控”
2022-09-20 09:20:02 来源:中国汽车报网 编辑:bj06

当下,高压快充成为国内外越来越多主流车企深度布局电动化的路线选择。

在800V高压台技术加持下应运而生的电动车型,因其能量转化率高、充电效率高等特,直接化解了“续驶短、充电慢”等电动汽车使用焦虑,被业内寄予厚望,并被视为是“替”传统燃油车的上佳技术路径和解决方案。一时间,“800V”似乎已经不容反驳地成为新能源实力车型的竞争“标配”。

值得注意的是,车企在“800V竞争赛道”上的加速布局,将800V高压快充技术逐渐推向了主流。与此同时,被誉为800V高压台技术“黄金搭档”的车规级碳化硅功率芯片产业也迎来了从规模增长到技术创新的风口。

“伴随着新能源汽车在全球的快速增长,一方面,对于碳化硅的中、高功率车规级芯片,市场需求不断放量;另一方面,全球碳化硅车规级芯片也面临产能严重不足的问题,尽管国内企业已经在相关领域抓紧布局,但目前车规级碳化硅芯片的进口依赖度仍然较高。”有业内人士在采访中向《中国汽车报》记者指出了一个不容忽视的问题:在潜力无限的风口面前,国内车规级碳化硅功率芯片亟需补齐“自主可控”短板。

800V高压台渐成主流

“2022年是新能源汽车800V高压台产品量产交付和逐渐普及的元年。”采访中,不止一位受访对象向记者表达了类似的观点。似乎全行业,包括产业链上下游的参与者和相关方,对800V高压台出奇一致地集体看好。

事实上,从去年到今年,国内外车企纷纷推出基于800V高压台的量产车型,无疑为这样的判断提供了充分依据。

据记者粗略统计,早在几年前,保时捷Taycan首推800V高压电气架构,搭载800V直流快充系统;进入2022年,一系列800V高压台重磅新车纷纷量产交付或即将量产,其中包括小鹏G9、路特斯Eletre、奥迪e-tron GT、极星Plostar 5、现代Ioniq 5、起亚EV6、Lucid Air、阿维塔11、长城沙龙机甲龙、极狐阿尔法SHI版、特斯拉Cybertruck皮卡和Semi卡车等等。

除了推出车型之外,全线切换到800V高压技术台也正成为更多主流车企在电动化竞争中不约而同的选择。

比如大众的SSP台,采用800V全新架构,并计划于2026年投产;现代汽车发布的 E-GMP台,也标配800V系统,同时配套800V超高速充电基础设施;基于“全面电动”战略,奔驰推出全新模块化MMA纯电动台,支持800V超充系统、永磁同步电机、SiC功率电子器件、2速变速箱等多项技术;宝马将在2025年启动电气化战略第三阶段,全新开发的NeueKlasse模块化台届时也将启用,800V毫无意外地成为台标配。国内车企方面,目前包括东风岚图、吉利SEA浩瀚、比亚迪e-3.0、理想Shark和Whale、蔚来、零跑等企业的技术台,也都具备了800V的架构能力。

800V走红背后的必然

从去年11月小鹏发布的量产车G9看,新车充电5分钟可行驶200多公里,电驱动效率可达95%,整体系统效率接90%;长城机甲龙充电10分钟续驶里程可达401公里,充电15分钟续驶里程可达545公里,峰值电流可达600A;比亚迪全新e台3.0可实现充电5分钟续驶150公里的能;岚图布局800V高压快充,最高支持350kW超级快充,充电10分钟行驶400公里;广汽埃安发布的880V高电压台,电量从30%充到80%仅需不到5分钟……

由此看来,800V的“瞬间蹿红”并非偶然,它能完美地解决当下电动汽车在使用环节的核心痛点。

“通常情况下,里程焦虑是制约电动汽车市场持续增长的瓶颈之一。电动汽车用户里程焦虑的核心实际上就两点,第一,续驶里程短,第二,充电时间长。如何解决这两个痛点?为了增加续驶里程一味地‘堆电池’,这种‘简单粗暴’的方法显然难以实现实质突破,而高压快充、超充能恰到好处地同时解决这两个痛点。”在新能源汽车充电等领域有所布局的上汽恒旭资本执行董事王海鹏在接受本报记者采访时说,“800V高压技术台的普及和应用,不仅能够提高单一车型的充电效率,有效缓解电动汽车用户的里程焦虑和充电焦虑,从产品到充电基础设施的全面技术升级,客观上也带动整个电动汽车领域全产业链进入到更高效、更高质量的竞争发展阶段。”

国内电动汽车充电领域和储能领域骨干企业深圳市永联科技股份有限公司CTO李晨光也认为,800V高压台技术最核心的就是解决电动汽车充电速度慢的问题,即便目前用户选择搭载800V高压技术的产品将付出更高的购买成本,但从整个使用周期看,800V高压技术的能耗效率更高,在效率和成本面前,更多的用户愿意选择付出相对高的成本享受用车的便捷高效。这就是顺应市场和用户需求的电动汽车消费升级。

800V黄金搭档 碳化硅芯片需求暴增

在800V备受青睐的同时,另一位“主角”也从“幕后”逐渐走向“台前”。这就是车规级碳化硅功率芯片。

如果说800V会是未来新能源汽车市场的主流,那么碳化硅犹如催化剂,可以将800V高压台的优势释放得更加充分。800V与碳化硅的组合,也被业界誉为“替”传统燃油车的“黄金搭档”。

据半导体分析机构Yole预测,鉴于全球新能源汽车产销规模的持续快速增长,全球碳化硅功率器件市场规模也将不断扩大,预计2021-2027年,全球碳化硅功率器件市场规模有望从10.90亿美元“暴增”到62.97亿美元。其中,车规级市场是碳化硅最主要的应用场景,市场空间有望从2021年的6.85 亿美元增长至2027年的49.86 亿美元,由此车规级碳化硅器件占整个碳化硅器件市场的比例有望从2021年的62.84%提升至2027年的79.18%。

“预计到2030年,全球汽车产业对车规级碳化硅芯片的需求量将迅速增加。”本土碳化硅芯片企业上海瀚薪科技相关负责人说。车规级碳化硅芯片可降低整车能量损耗,效率比普通材质提升3%-5%左右,相同续驶里程下,电池容量相对减少5%,从系统层面可降低成本达数百美元至数千美元不等。

“所以,尽管单独看车规级碳化硅芯片的成本有所增加,但使用碳化硅器件节省的电池、被动元器件等系统成本,会超过增加的成本,同时使用效率和用户体验也有明显的提升。”他指出,这也是未来车规级碳化硅芯片会在需求端持续高速增长的原因。

供给缺口大 碳化硅芯片话语权在美、欧、日

需求的日益旺盛,导致车规级碳化硅功率芯片存在很大的供给缺口。

据了解,目前全球碳化硅产业的话语权主要掌握在美国、欧洲以及日本等国家和地区。其中,美国的碳化硅产业产量占据全球70%~80%的份额。而欧洲的优势则在于拥有碳化硅从衬底、外延、器件到应用等完整产业链的闭环生产能力。

长江证券研究报告显示,目前全球有超4000亿元汽车半导体存量市场,未来将持续稳健增长,中国市场约占全球总量的1/4以上,但当前中国汽车半导体市场被欧美和日本厂家高度垄断,市场集中度高,前10家占68%以上的市场份额,中国汽车芯片供应几乎完全依赖国外进口,供应链战略风险巨大。

事实上,目前车规级碳化硅芯片的应用热点聚焦在中高电压碳化硅MOSFET,而国内碳化硅芯片企业大部分集中在中低压、非车规领域。

不过来,国内企业积极布局碳化硅芯片产业,从自主研发到生产制造,一些本土碳化硅芯片企业逐渐脱颖而出,试图实现车规级碳化硅芯片的“自主可控”,补齐供给缺口。

前述上海瀚薪科技相关负责人表示,凭借多年努力,上海瀚薪科技在国内碳化硅芯片企业中率先实现了高电压技术突破并达到车规级产品量产交付水,其中中高电压的1200V、1700V和3300V的车规级碳化硅MOSFET经多家国际主流车企2年以上的量产使用,成为领先进入国际一线车企供应链的中国本土碳化硅功率器件企业。

今年上半年,上海瀚薪科技在新能源汽车领域的车规级碳化硅MOSFET订单已超过1200万颗,这对于国产碳化硅芯片企业是一个里程碑式的突破。

“我们发现,车企对于碳化硅芯片有着巨大的需求并且增长很快。通过与多家主流整车企业持续沟通和交流,公司业务覆盖了国际和国内多个主流汽车品牌。目前我们已在上海临港建立了全球研发中心,配备国际化背景的资深研发团队,大量研发测试设备也已陆续投入使用。”上海瀚薪科技相关负责人说,通过持续加大研发投入,迭代碳化硅功率芯片设计、工艺能力,公司将为市场提供更高能新一代碳化硅功率芯片产品。

800V+碳化硅的升级之路需多方协同

在碳化硅芯片领域,纵观国内车规级碳化硅芯片企业在自主创新和产业化方面的探索与成长,王海鹏认为,凭借多年的积极研发和努力,国内企业已经基本形成了相对完整的碳化硅产业链体系,并且在全产业链的部分关键节点上已经取得突破。比如在衬底、外延的研制,以及在模组领域的技术研发和制造水都有了长足进步。

“尽管目前车规级碳化硅芯片的衬底仍然无法实现较大规模国产,一定程度上制约着当前国产车规级碳化硅芯片迅速上量。不过,年来国内企业在碳化硅芯片衬底生产能力和水层面,正在缩短与国外的差距。”他说。

据了解,目前上海瀚薪科技已与几家国内头部企业合作,推进碳化硅芯片衬底和外延的国产化,目前完成了验证测试并开始国产衬底和外延的批量投产使用,预计年底实现产品供应。

虽然目前国产衬底和外延的良率相对低一些,但与进口衬底和外延相比成本有所降低,且从长远看有较强的质量提升空间。

“随着衬底和外延国产化规模的扩大、质量的提升,国内碳化硅芯片供应链将更加完善,对进口的依赖度也将随之降低,一定程度上可以缓解供给缺口压力。”上海瀚薪科技相关负责人说。

广汽集团总经理冯兴亚日前在2022泰达论坛上提出,充电基础设施建设,在技术层面要有前瞻,对800V高压快充技术在各大厂商中的快速推广,大功率充电桩的规划建设已经明显滞后。数据显示,截止7月,公共领域大于60千瓦的高功率直流快充桩仅占43.4%,现有充电设施无法适应汽车充电技术发展的要求。建议企业和政府联合攻坚,为新能源汽车用户创造全球领先的使用场景。

毫无疑问,800V高压台技术的普及需要碳化硅芯片企业、电池企业、整车企业、电网、充电设施企业等产业链上下游参与者的协同努力。

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