SiC功率器件发展分析

目前大多数车企的首选方案是高电压快充方案(800V),由于IGBT已经达到硅基材料的物理极限,难以满足新能源汽车未来提高续航能力、减轻汽车重量、缩短充电时间等要求,碳化硅器件在未来存在明显优势。


1. 不同功率器件的特性及适用场景


功率器件根据其不同的特性有不同的应用范围。

SiC器件能够适应更复杂的工作环境。

 

高压平台下SiC功率器件性能优势更加明显:一方面,在800V 平台下SiC 器件损耗显著低于IGBT,在常用的25%的负载下其损耗低于IGBT 80%;另一方面,在400V电压平台下,SiC能够比IGBT器件拥有2-4%的效率提升,而在750V电压平台下其提升幅度则可增大至3.5%-8%。


2. SiC功率器件市场将迎高速发展


碳化硅功率器件凭借耐高压、耐高温的特点,可有效地应用于新能源汽车等领域,预计2025年碳化硅功率器件的市场规模将增长至48.32亿美元,其中52%将会应用于汽车领域。碳化硅功率器件市场的高速增长也将推动导电型碳化硅衬底的需求释放。


光伏发电打开碳化硅衬底市场空间


采用碳化硅器件可有效提高光伏发电转换效率:碳化硅MOSFET 或碳化硅MOSFET 与碳化硅SBD 结合的功率??榈墓夥姹淦?,转换效率可从96%提升至99%以上,能量损耗降低50%以上,设备循环寿命提升50倍。


越来越多的公司投资碳化硅光伏逆变器,预计在2048 年,光伏逆变器中碳化硅功率器件占比可达85%。




3. SiC功率器件在新能源汽车系统不同组件中的应用情况


正是由于SiC功率器件的诸多特性,才使其可以在混合动力及纯电动车中大范围的应用。新能源汽车系统架构中涉及到功率半导体应用的组件包括:电机驱动系统、车载充电系统(OBC)、电源转换系统(车载 DC/DC)和非车载充电桩,


电机驱动系统:碳化硅功率器件主要应用于新能源汽车电机驱动系统中的电机控制器,可减小电力电子系统体积、提高功率密度等。

 

4. 企业布局:多企业布局SiC功率器件


近年来,越来越多的整车企业开始布局碳化硅功率器件,如蔚来、江淮、比亚迪、一汽集团、吉利汽车等在内的多家企业,加速SiC功率器件相关布局。


蔚来:计划2022年一季度开始交付的蔚来首款轿车ET7,该车将是全球首款应用碳化硅功率??榈牡缍抵?。在新技术的支持下,ET7的续航里程能够超过1000公里。


江淮:2021年4月江淮汽车与博世动力总成系统中国区在上海签订了SiC逆变器方面的战略协议。


比亚迪:比亚迪扩建??槭缴?,对外招标采购SiC分选机和SiC测试机;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。2021年6月30日,比亚迪半导体上市申请获受理,计划投资31亿元建设3个项目,其中包括建设SiC晶圆生产线。该项目总投资超过7.3亿,年产能达到24万片。


一汽:一汽集团合资企业苏州亿马半导体的碳化硅??橄钅空酵恫?,一期投资2亿元。


吉利:2021年8月,吉利汽车宣布此阿勇罗姆SiC器件,吉利将利用罗姆的先进SiC功率解决方案,开发高效电控系统和车载充电系统。2021年5月旗下威睿电动与SiC功率厂商芯聚能合资成立广东芯粤能半导体,布局车规级功率半导体,与芯聚能产业链上下形成联动。