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凛冬至,800V+SiC能带来新能源汽车的春天吗?
来源:盖世汽车    作者:徐珊珊   发布时间:2022/11/28   浏览:()次


  “夏天排队8小时充电,冬天排队9小时换电”看似是段子,实则真真切切发生在当时当下的新能源汽车产业。

  今年7月,川渝地区遭遇罕见高温天气,部分主力水电厂见底,发电量急剧下降,限电由此蔓延开来。这也直接导致靠充电回血的新能源汽车成了“大冤肿”,超充抢不上只能干等慢充。而近日,一则关于长春出租车雪天排队换电的视频又走红网络。

 

凛冬至,800V+SiC能带来新能源汽车的春天吗?
图片来源:微博@吉林大管道

 

  换电之所以能够独立于充电路线被广泛认可,一个重要原因是方便、快捷。几分钟就可以搞定一块满电量的电池,对于续航差、补能效果欠佳的新能源汽车来说无疑是救星。
 

  然而在气温已经迈入零下的东北地区,尤其遇上雨雪天气,动力电池被冻在底盘的事时有发生。“要换电先解冻”反复之间便增加了不少换电与排队等候的时间成本。何况天冷电车掉电也是一个令人揪心的问题。
 

  为此,车企们可谓绞尽脑汁,电池供应商也没闲着,不是在提升电池能量密度的路上,就是在开发固态电池等新形态的产品技术。现阶段,固态电池技术尚不成熟,大电量电池往往会增加整车重量,进而影响续航和操控体验。更重要的是,充换电网络建设不完全,补能效率低下严重影响到电车的使用体验。
 

  SiC将革IGBT的命?
 

  2022年新能源汽车市场进入稳定增长期。乘联会数据显示,中国新能源汽车今年前10月总产量559万辆,同比增长108.4%,累计渗透率24.7%。然而,天风证券10月发布的一项调查结果表明,续航问题仍是摆在消费者购车面前的最大障碍,亦是新能源车企亟需攻下的桥头堡。
 

  正因如此,800V+SiC的产品组合变得越来越流行起来,包括小鹏、广汽埃安、极氪、理想等车企都纷纷布局了800V高压大功率快充技术。以充电速度来看,在400V/250A的国际标准下,1C是上限;如果搭配液冷枪,400V/500A的平台充电速度是2C。相比之下,小鹏G9等车型已经通过800V平台实现4C充电。 
 

  这里并非简单地指800V从桩端到车端的升级,实际包括逆变器、电机驱动系统、DC-DC、车载充电器(OBC)以及充电桩等在内的强电链路系统。更确切地说,当整车架构升级到800V,车身所有相关的元器件的标准也将随之提高。 

 

凛冬至,800V+SiC能带来新能源汽车的春天吗?
 

 

  而这里面涉及到的高效电力输送,800V+ SiC的组合应用非常关键。
 

  相比于传统IGBT,以SiC为代表的第三代宽禁带半导体材料本身具备耐高压、高频、高功率的属性。同时SiC器件拥有超过Si大约十倍的击穿电场强度,开关损耗大幅低于Si基IGBT。
 

  意法半导体的测试数据指出,在常用的25%的负载下,SiC器件损耗比IGBT低80%。这种情况在1200V强电压下要更加明显。
 

  以400V和800V平台来看,在相同规格的产品中,SiC对能量损耗的减少和性能的改善也不尽相同
 

   博世 汽车电子中国区总裁安德睿(Georges Andary)在2022中国汽车论坛上指出,400V SiC平台对续航里程的提升可能会少一些,大概5%;800V SiC平台提升的幅度可以达到12%左右。不过,也得视车型、品牌具体分析,因为这里面通常包含着整车厂的调校因素。恩智浦全球副总裁、新能源及驱动系统产品线总经理李晓鹤则强调,“如果想让电池支持的续航里程更长,或者同等续航电池的体积更小,势必要考虑IGBT向SiC的转移。”
 

  要知道,CLTC续航打折的部分原因是出于动力系统能量效率低的缘故,如果可以减少损耗,一定程度上就可以增加实际续航,减少充电成本。长远来看,可以延长电池的使用寿命。不仅如此,行业数据显示,与IGBT相比,SiC器件的体积可以缩小到1/3以上,重量也可减少40%以上
 

  既然有这么多那么多的优势,800V SiC为何迟迟没有大规模落地?新能源车主为何仍要忍受补能效率低的困扰?
 

  补能效率VS系统成本?
 

  成本,成本,还是成本。
 

  据行业测算,目前 SiC MOSFET的批量价格约为硅基IGBT的3倍。这直接导致一些车企折中采用“不完全的”800V平台架构。一来要提升补能效率,可以将电机的规格从400V升级为800V;二来又不能无限堆高整车成本,一些元器件如DC-DC升压电源模块可以保留在400V的水平。
 

  实际上,SiC早在19世纪末就被发现并用于制作耐火材料。时至今日,SiC衬底产能不足依然是行业发展的心病。
 

  从SiC产业链来看,衬底制造的技术壁垒最高,价值量也最大,比重接近5成。一片SiC衬底通常需要经过长晶、加工、切片、研磨、抛光、清洗等环节才能最终形成。其中,晶体生长是最核心部分,但目前来看,提升良率仍是课题。
 

  以露笑科技8月披露的数据为例,该公司SiC的良率可达到50%,据悉已经属于全球一流水平。良率是决定SiC规模化量产的先决条件,如果良率太低,生产成本就会增高,也就无法实现大规模量产。现阶段,SiC衬底的成本仍远在Si之上。
 

  “总体上,IGBT向SiC转移,能够帮助新能源车辆提升动力总成系统的能效。最终,单车节省下来的能源费用要远远高于器件本身成本的增加。”在李晓鹤看来,虽然动力电池成本占整车的3至4成,但如果能够提高电驱的效率,提高电池的利用率,那么单车系统的降本相较电池降本要更有挖掘潜力。
 

  或许,暂时的成本增加只是“乱花迷人眼”。对此安德睿也指出,SiC功率产品应用带来的散热设备成本的减少、零部件的减少,能量损耗的降低,以及车上电池的使用寿命延长等优势,使得系统整体成本已经可以接近Si,甚至比Si基IGBT更有优势。
 

  2030年或迎来产业集中爆发期 
 

  2022年被认为是800V SiC上车的元年,然而为了兼容市面上500V、750V的快充桩,有分析认为接下来相当长的一段时间里,支持800V平台的纯电动汽车都将搭载400V升800V 的DC-DC转换器。 
 

  其实这也是为什么“难”上800V平台的原因之一。适配的超充桩建设不足,基础设施没有“先行”,便难以实现大范围普及。一个明显缺点无疑是,单站多台车充电的分流问题,用户很难体验到800V高压平台带来的快感。再者,如果800V车型大范围普及,一时之间很有可能给电网造成压力。
 

  当然这是后话。眼下更重要的任务是,加快从IGBT转向 SiC。
 

  为了让 SiC衬底价格进一步下降,行业将目光从6寸瞄向了8寸。以下方数据为例,2021年8寸SiC衬底受限于开发难度大,渗透率仅有1%;到2030年,随着8寸SiC衬底产能大幅提高,渗透率(40%)超过6寸SiC,并达到一定的规模经济,单价有望回缩三分之一
 

  到目前为止,全球已有超过10家半导体公司成功研发出8寸SiC衬底。同时包括博世、安森美在内的IDM都已经开始尝试从6寸SiC向8寸扩展。据博世预计,2025年左右SiC功率器件市场需求将大幅增加,因而该公司早早启动了测试、验证等工作。

 

凛冬至,800V+SiC能带来新能源汽车的春天吗?

 

  不过博世也指出,受限于价格因素,在2030年前,400V平台仍有可能占据较主流的地位。尽管如此,800V高压平台的渗透率也将不断提高。采埃孚集团电驱动业务负责人斯蒂芬·冯·舒克曼(Stephan von Schuckmann)近日表示,800V平台有望在2028年前后超越400V,并占据市场主导地位。
 

  2030年是全球各大车企向电气化转型的关键时间点,随着传统燃油车逐渐退出历史舞台,电车开启时代的新篇章,800V SiC产业有望迎来集中爆发期。届时,提升补能效率的重担将继续向着更高压更大功率的平台发展。

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