3月底，蔚來首款轎車ET7終于完成了首批車輛的交付，早在2021年NIO DAY新車首次亮相時，其搭載的新一代高效電驅(qū)平臺就被當(dāng)做核心賣點(diǎn)。其中，新平臺應(yīng)用的碳化硅（SiC）技術(shù)簡直被當(dāng)做了“電車大力丸”一樣的存在。綜合工況效率91.5%、綜合續(xù)航里程1000km、整車最大功率和扭矩提升超過20%，仿佛只要碳化硅（SiC）傍身，電動車就成了剛吃完菠菜罐頭的大力水手POPEYE，瞬間跑得快、續(xù)航遠(yuǎn)，進(jìn)入全新紀(jì)元。

　　其中，特斯拉率先于2018年開始在Model 3車型上采用了碳化硅材質(zhì)的半導(dǎo)體場效電晶體（MOSFET）原件，以降低能耗，成了碳化硅技術(shù)的先行者。而2020年7月推出的比亞迪漢EV通過配備自研的碳化硅電機(jī)驅(qū)動控制器，達(dá)成了3.9S的0-100km/h加速時間和更亮眼的續(xù)航里程。

　　因此，蔚來在碳化硅應(yīng)用方面的地位猶如2021賽季的法拉利F1車手查爾斯·勒克萊爾，略有尷尬的屈居第四。

　　此外，對于現(xiàn)代、通用集團(tuán)、奧迪等一眾致力于推廣800V高壓平臺的車企而言，研發(fā)碳化硅技術(shù)在充電設(shè)備上的應(yīng)用幾乎是無法替代的必選項(xiàng)。

　　因此，令人不明覺厲的碳化硅（SiC）到底是一種怎樣的神奇材質(zhì)呢？

　　相比于芯片制造的傳統(tǒng)硅基材料，由于碳化硅在高電壓、大功率工作環(huán)境下性能更加優(yōu)異，且電流傳導(dǎo)效率更高，因此也可以讓采用該技術(shù)的電動車更節(jié)能，并同時擁有更小巧緊湊的動力系統(tǒng)布局。目前看，碳化硅在純電動車的電機(jī)功率控制模塊和充電設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用場景和發(fā)展空間。

　　想提升動力、解決里程焦慮？光靠“堆料”可不行！

　　為了讓電動車同時擁有出色的性能和續(xù)航表現(xiàn)，當(dāng)前大多數(shù)車廠的慣用伎倆就是瘋狂“堆料”。

　　比如通過直接增加電機(jī)功率獲得優(yōu)異的加速性能，盡管這樣的做法可以在一定程度上提升動力性能，但新問題接踵而至。首當(dāng)其沖的是大功率電機(jī)額外增加的體積對整車底盤布局帶來的困難。至于解決里程焦慮，更是”續(xù)航不夠，電池來湊”。

　　今年3月初，特斯拉CEO埃隆·馬斯克在社交平臺上再度表示了對于以Lucid為首的車企單純追求續(xù)航里程而忽略成本和駕駛質(zhì)感的不屑?！疤厮估究梢栽谝荒昵熬屯瞥鯡PA續(xù)航里程達(dá)到900km的Model S，但這會使整車的體驗(yàn)變差?！彪S后他又對自己的觀點(diǎn)做出了解釋。

　　IGBT：電動車發(fā)展的瓶頸

　　不斷“加碼”的電池容積和電機(jī)功率不僅對車重和操控帶來了負(fù)面影響，同時也并未達(dá)成提升動力和改善續(xù)航的初始目的，而是遇到了全新的技術(shù)瓶頸。

　　其核心原理在于，通過原件內(nèi)部電容電感的充放電完成直流-交流（AC/DC）或（DC/DC）交流-交流的轉(zhuǎn)換。其在電路中的作用近似于機(jī)場、車站等人流密集場所維持秩序的“蛇形圍欄”，將“雜亂無章”的電流整理成平滑可控的交流電，再驅(qū)動車上的電機(jī)等用電器。

　　但傳統(tǒng)的IGBT部件由硅基材料制成，受限于材質(zhì)自身的物理性質(zhì)，在實(shí)際應(yīng)用中有很多不足。

　　此外，IGBT在中低功率下發(fā)熱比較嚴(yán)重，而這意味在最多的城市內(nèi)低速使用場景下大量電能的流失。根據(jù)豐田主要零部件供應(yīng)商日本電裝（DENSO）的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：搭載IGBT的功率控制單元（PCU）在實(shí)際工作中轉(zhuǎn)換損失能量高達(dá)25%，而在損失的能量中，80%來自半導(dǎo)體部件（既IGBT）。更為嚴(yán)峻的是，IGBT所用的半導(dǎo)體材料很難在高溫狀態(tài)下穩(wěn)定工作。

　　最后，隨著電動車動力水平的不斷提升，對電機(jī)控制器、功率控制單元等部件的功率、工作電流要求越來越高，這就導(dǎo)致搭載IGBT的相關(guān)部件體積和重量越來越大。

　　而隨著800V高壓平臺的普及，硅基IGBT材料愈發(fā)逼近技術(shù)極限，已然成了制約電動車發(fā)展的技術(shù)瓶頸。

　　通用汽車集團(tuán)高級副總裁Shilpan Amin就曾表示：“電動汽車用戶普遍更看重長續(xù)航里程，因此我們會將碳化硅視為新車電子架構(gòu)中的重要組成部分?！?/p>

　　碳化硅（SiC）：半導(dǎo)體材料的明日之星

　　得益于獨(dú)特的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，碳化硅（SiC）在降低能耗損失方面表現(xiàn)出眾，據(jù)研究數(shù)據(jù)顯示，在750V高壓狀態(tài)下，碳化硅（SiC）部件比相同的硅基IGBT部件能效增加8-12%，傳導(dǎo)損耗減少14%。此外，碳化硅可以在高頻狀態(tài)下穩(wěn)定工作，得益于此，以該材料制作的控制芯片不及可以實(shí)現(xiàn)更快的開關(guān)頻次（約為IGBT的5-10倍），同時開關(guān)損耗比前者下降了75%，這就為相應(yīng)的軟件管理策略預(yù)留了更大的空間。主機(jī)廠和供應(yīng)商可以針對控制開關(guān)頻率開發(fā)相應(yīng)的算法，讓輸出電流更平滑、損失最小，保證電機(jī)的最佳性能。

　　在輕量化和集成化方面，碳化硅（SiC）也有著與生俱來的優(yōu)勢。由于導(dǎo)通損耗顯著降低，因此采用碳化硅（SiC）材質(zhì)的控制器工作功率密度提升顯著，與同等性能的IGBT功率控制部件相比，采用碳化硅（SiC）材質(zhì)可控制模塊體積整體減小70%-80%。

　　此外，對于眾多車廠致力于推廣的800V高壓平臺，會同時讓充電效率提升、并更容易實(shí)現(xiàn)功率和扭矩的提升，獲得更好的加速性能。而適合在高壓環(huán)境下工作的碳化硅材質(zhì)幾乎是所有推廣800V高壓平臺車企的當(dāng)前唯一的選擇。

　　既然如此，集眾多優(yōu)勢于一身碳化硅真的是電動車企的萬金油嗎？

　　答案顯然沒有那么那么簡單，作為大規(guī)模量產(chǎn)的障礙，碳化硅面臨的首要困難是其高昂的價格，按照目前的市場行情，碳化硅（SiC）器件的價格大約為硅基IGBT器件價格的4到5倍。而造成該現(xiàn)象對的首要原因是碳化硅材質(zhì)遠(yuǎn)高于硅基IGBT材質(zhì)的硬度。這導(dǎo)致制造碳化硅（SiC）部件的廠商，從設(shè)備、工藝、處理到切割的一切都需要進(jìn)行重新開發(fā)。

　　不過，由于搭載碳化硅（SiC）器件后的車輛可以適當(dāng)簡化驅(qū)動系統(tǒng)散熱設(shè)計并削減電池容量，而且在一些樂觀的業(yè)內(nèi)人士看來，高昂的成本并非制約碳化硅技術(shù)普及的根本原因。據(jù)該行業(yè)巨頭科銳（CREE）提供的數(shù)據(jù)：SiC逆變器能夠提升5-10%的續(xù)航，并節(jié)省400-800美元的電池成本（80kWh電池、102美元/kWh）。而根據(jù)日本羅姆（Rohm）公司的推測，到2025年，幾乎所有搭載800V動力電池的車型采用碳化硅SiC方案都將更具成本優(yōu)勢。

　　從生產(chǎn)工藝看，碳化硅（SiC）成本下降的關(guān)鍵是將襯底尺寸加大。

　　受制于技術(shù)局限，碳化硅目前的主要生產(chǎn)尺寸是6英寸，盡管意法半導(dǎo)體（ST）已經(jīng)開始量產(chǎn)8英寸襯底，但據(jù)該技術(shù)普及仍尚待時日。

　　因此，在眾多業(yè)內(nèi)人士看來，碳化硅（SiC）普及面臨的最大困難是全球范圍內(nèi)供需關(guān)系的失衡。目前全球碳化硅晶圓年產(chǎn)能大約在60萬片左右。

　　由此計算，每張6英寸的SiC晶圓僅能滿足兩輛Model 3的需求。如果特斯拉按照自身規(guī)劃在2022年完成全年交付100萬輛的目標(biāo)，則意味著僅特斯拉一家車企，就足以耗盡全球碳化硅產(chǎn)量。不可忽略的是，隨著5G、WiFi6等技術(shù)的普及，消費(fèi)電子產(chǎn)品、電力等行業(yè)也對碳化硅（SiC）元器件有巨大需求，這或意味著供不應(yīng)求已成未來碳化硅市場的定局。

　　另據(jù)全球碳化硅市場占比看，科銳（CREE）占據(jù)了全球45％的市場份額，日本羅姆（Rohm）的子公司SiCrystal占據(jù)20％，II－VI占13％；中國企業(yè)方面，天科合達(dá)占到5.3％，山東天岳為2.6％，目前主要的市場份額仍掌握在以美歐日為首的國家手中。此外，在SiC襯底制造技術(shù)方面，目前國內(nèi)廠商大多以4英寸為主，6英寸及8英寸規(guī)格尚待開發(fā)完成，無論產(chǎn)量或質(zhì)量都與國際先進(jìn)水平存在較大的差距。

　　另外，相比于海外成熟的產(chǎn)業(yè)鏈，大多數(shù)中國車企尚未與碳化硅供應(yīng)商建立類似特斯拉與英飛凌/意法半導(dǎo)體這樣的穩(wěn)定合作模式。

　　編輯點(diǎn)評：與固態(tài)電池技術(shù)一樣，碳化硅無疑是未來幾年內(nèi)新能源車領(lǐng)域最熱門的技術(shù)之一。在很多車企看來，該技術(shù)也是800V高壓系統(tǒng)能否落地甚至電動車能否徹底取代燃油車主導(dǎo)地位的關(guān)鍵。但我們也不難發(fā)現(xiàn)，目前該技術(shù)仍在制造工藝、成本控制及相關(guān)部件封裝工藝方面存在著不少尚待解決的難題。

　　介于此，無論是比亞迪漢EV，還是蔚來ET7，都在電機(jī)功率控制單元上采用了IGBT與碳化硅混用的解決方案，讓整車成本可控的同時也最大限度的提升了性能。另一方面，以特斯拉、奧迪為首的車企則采用了更為激進(jìn)的全碳化硅解決方案，盡管目前看來在整車成本方面尚處劣勢，但隨著800V高壓技術(shù)的普及和相關(guān)充電設(shè)施建設(shè)的推廣，未來這些車輛無疑具備更大的OTA升級空間。

　　在我看來，碳化硅與IGBT并非簡單的垂直迭代關(guān)系，而是各自有擅長的應(yīng)用場景，正如目前技術(shù)成熟的自動變速箱至今仍不能全面替代手動變速箱一樣，電動車領(lǐng)域任何單一技術(shù)路線恐怕無法滿足全球市場的多樣化需求。而對于消費(fèi)者而言，更多的技術(shù)路線也意味更多的選擇，而這無疑是整個產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展的基礎(chǔ)。