新能源汽車“黃金搭檔”：800V高壓平臺加速布局

當(dāng)下，高壓快充成為國內(nèi)外越來越多主流車企深度布局電動化的路線選擇。

在800V高壓平臺技術(shù)加持下應(yīng)運(yùn)而生的電動車型，因其能量轉(zhuǎn)化率高、充電效率高等特性，直接化解了“續(xù)駛短、充電慢”等電動汽車使用焦慮，被業(yè)內(nèi)寄予厚望，并被視為是“平替”傳統(tǒng)燃油車的上佳技術(shù)路徑和解決方案。一時間，“800V”似乎已經(jīng)不容反駁地成為新能源實(shí)力車型的競爭“標(biāo)配”。

值得注意的是，車企在“800V競爭賽道”上的加速布局，將800V高壓快充技術(shù)逐漸推向了主流。與此同時，被譽(yù)為800V高壓平臺技術(shù)“黃金搭檔”的車規(guī)級碳化硅功率芯片產(chǎn)業(yè)也迎來了從規(guī)模增長到技術(shù)創(chuàng)新的風(fēng)口。

“伴隨著新能源汽車在全球的快速增長，一方面，對于碳化硅的中、高功率車規(guī)級芯片，市場需求不斷放量;另一方面，全球碳化硅車規(guī)級芯片也面臨產(chǎn)能嚴(yán)重不足的問題，盡管國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)在相關(guān)領(lǐng)域抓緊布局，但目前車規(guī)級碳化硅芯片的進(jìn)口依賴度仍然較高。”有業(yè)內(nèi)人士在采訪中向《中國汽車報》記者指出了一個不容忽視的問題：在潛力無限的風(fēng)口面前，國內(nèi)車規(guī)級碳化硅功率芯片亟需補(bǔ)齊“自主可控”短板。

800V高壓平臺漸成主流

“2022年是新能源汽車800V高壓平臺產(chǎn)品量產(chǎn)交付和逐漸普及的元年。”采訪中，不止一位受訪對象向記者表達(dá)了類似的觀點(diǎn)。似乎全行業(yè)，包括產(chǎn)業(yè)鏈上下游的參與者和相關(guān)方，對800V高壓平臺出奇一致地集體看好。

事實(shí)上，從去年到今年，國內(nèi)外車企紛紛推出基于800V高壓平臺的量產(chǎn)車型，無疑為這樣的判斷提供了充分依據(jù)。

據(jù)記者粗略統(tǒng)計，早在幾年前，保時捷Taycan首推800V高壓電氣架構(gòu)，搭載800V直流快充系統(tǒng);進(jìn)入2022年，一系列800V高壓平臺重磅新車紛紛量產(chǎn)交付或即將量產(chǎn)，其中包括小鵬G9、路特斯Eletre、奧迪e-tron GT、極星Plostar 5、現(xiàn)代Ioniq 5、起亞EV6、Lucid Air、阿維塔11、長城沙龍機(jī)甲龍、極狐阿爾法SHI版、特斯拉Cybertruck皮卡和Semi卡車等等。

除了推出車型之外，全線切換到800V高壓技術(shù)平臺也正成為更多主流車企在電動化競爭中不約而同的選擇。

比如大眾的SSP平臺，采用800V全新架構(gòu)，并計劃于2026年投產(chǎn);現(xiàn)代汽車發(fā)布的 E-GMP平臺,也標(biāo)配800V系統(tǒng)，同時配套800V超高速充電基礎(chǔ)設(shè)施;基于“全面電動”戰(zhàn)略，奔馳推出全新模塊化MMA純電動平臺，支持800V超充系統(tǒng)、永磁同步電機(jī)、SiC功率電子器件、2速變速箱等多項技術(shù);寶馬將在2025年啟動電氣化戰(zhàn)略第三階段，全新開發(fā)的NeueKlasse模塊化平臺屆時也將啟用，800V毫無意外地成為平臺標(biāo)配。國內(nèi)車企方面，目前包括東風(fēng)嵐圖、吉利SEA浩瀚、比亞迪e-3.0、理想Shark和Whale、蔚來、零跑等企業(yè)的技術(shù)平臺，也都具備了800V的架構(gòu)能力。

800V走紅背后的必然

從去年11月小鵬發(fā)布的量產(chǎn)車G9看，新車充電5分鐘可行駛200多公里，電驅(qū)動效率可達(dá)95%，整體系統(tǒng)效率接近90%;長城機(jī)甲龍充電10分鐘續(xù)駛里程可達(dá)401公里，充電15分鐘續(xù)駛里程可達(dá)545公里，峰值電流可達(dá)600A;比亞迪全新e平臺3.0可實(shí)現(xiàn)充電5分鐘續(xù)駛150公里的性能;嵐圖布局800V高壓快充，最高支持350kW超級快充，充電10分鐘行駛400公里;廣汽埃安發(fā)布的880V高電壓平臺，電量從30%充到80%僅需不到5分鐘……

由此看來，800V的“瞬間躥紅”并非偶然，它能完美地解決當(dāng)下電動汽車在使用環(huán)節(jié)的核心痛點(diǎn)。

“通常情況下，里程焦慮是制約電動汽車市場持續(xù)增長的瓶頸之一。電動汽車用戶里程焦慮的核心實(shí)際上就兩點(diǎn)，第一，續(xù)駛里程短，第二，充電時間長。如何解決這兩個痛點(diǎn)?為了增加續(xù)駛里程一味地‘堆電池’，這種‘簡單粗暴’的方法顯然難以實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)性突破，而高壓快充、超充能恰到好處地同時解決這兩個痛點(diǎn)。”在新能源汽車充電等領(lǐng)域有所布局的上汽恒旭資本執(zhí)行董事王海鵬在接受本報記者采訪時說，“800V高壓技術(shù)平臺的普及和應(yīng)用，不僅能夠提高單一車型的充電效率，有效緩解電動汽車用戶的里程焦慮和充電焦慮，從產(chǎn)品到充電基礎(chǔ)設(shè)施的全面技術(shù)升級，客觀上也帶動整個電動汽車領(lǐng)域全產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)入到更高效、更高質(zhì)量的競爭發(fā)展階段。”

國內(nèi)電動汽車充電領(lǐng)域和儲能領(lǐng)域骨干企業(yè)深圳市永聯(lián)科技股份有限公司CTO李晨光也認(rèn)為，800V高壓平臺技術(shù)最核心的就是解決電動汽車充電速度慢的問題，即便目前用戶選擇搭載800V高壓技術(shù)的產(chǎn)品將付出更高的購買成本，但從整個使用周期看，800V高壓技術(shù)的能耗效率更高，在效率和成本面前，更多的用戶愿意選擇付出相對高的成本享受用車的便捷高效。這就是順應(yīng)市場和用戶需求的電動汽車消費(fèi)升級。

800V黃金搭檔 碳化硅芯片需求暴增

在800V備受青睞的同時，另一位“主角”也從“幕后”逐漸走向“臺前”。這就是車規(guī)級碳化硅功率芯片。

如果說800V會是未來新能源汽車市場的主流，那么碳化硅猶如催化劑，可以將800V高壓平臺的優(yōu)勢釋放得更加充分。800V與碳化硅的組合，也被業(yè)界譽(yù)為“平替”傳統(tǒng)燃油車的“黃金搭檔”。

據(jù)半導(dǎo)體分析機(jī)構(gòu)Yole預(yù)測，鑒于全球新能源汽車產(chǎn)銷規(guī)模的持續(xù)快速增長，全球碳化硅功率器件市場規(guī)模也將不斷擴(kuò)大，預(yù)計2021-2027年，全球碳化硅功率器件市場規(guī)模有望從10.90億美元“暴增”到62.97億美元。其中，車規(guī)級市場是碳化硅最主要的應(yīng)用場景，市場空間有望從2021年的6.85 億美元增長至2027年的49.86 億美元，由此車規(guī)級碳化硅器件占整個碳化硅器件市場的比例有望從2021年的62.84%提升至2027年的79.18%。

“預(yù)計到2030年，全球汽車產(chǎn)業(yè)對車規(guī)級碳化硅芯片的需求量將迅速增加。”本土碳化硅芯片企業(yè)上海瀚薪科技相關(guān)負(fù)責(zé)人說。車規(guī)級碳化硅芯片可降低整車能量損耗，效率比普通材質(zhì)提升3%-5%左右，相同續(xù)駛里程下，電池容量相對減少5%，從系統(tǒng)層面可降低成本達(dá)數(shù)百美元至數(shù)千美元不等。

“所以，盡管單獨(dú)看車規(guī)級碳化硅芯片的成本有所增加，但使用碳化硅器件節(jié)省的電池、被動元器件等系統(tǒng)成本，會超過增加的成本，同時使用效率和用戶體驗(yàn)也有明顯的提升。”他指出，這也是未來車規(guī)級碳化硅芯片會在需求端持續(xù)高速增長的原因。

供給缺口大 碳化硅芯片話語權(quán)在美、歐、日

需求的日益旺盛，導(dǎo)致車規(guī)級碳化硅功率芯片存在很大的供給缺口。

據(jù)了解，目前全球碳化硅產(chǎn)業(yè)的話語權(quán)主要掌握在美國、歐洲以及日本等國家和地區(qū)。其中，美國的碳化硅產(chǎn)業(yè)產(chǎn)量占據(jù)全球70%~80%的份額。而歐洲的優(yōu)勢則在于擁有碳化硅從襯底、外延、器件到應(yīng)用等完整產(chǎn)業(yè)鏈的閉環(huán)生產(chǎn)能力。

長江證券研究報告顯示，目前全球有超4000億元汽車半導(dǎo)體存量市場，未來將持續(xù)穩(wěn)健增長，中國市場約占全球總量的1/4以上，但當(dāng)前中國汽車半導(dǎo)體市場被歐美和日本廠家高度壟斷，市場集中度高，前10家占68%以上的市場份額，中國汽車芯片供應(yīng)幾乎完全依賴國外進(jìn)口，供應(yīng)鏈戰(zhàn)略風(fēng)險巨大。

事實(shí)上，目前車規(guī)級碳化硅芯片的應(yīng)用熱點(diǎn)聚焦在中高電壓碳化硅MOSFET，而國內(nèi)碳化硅芯片企業(yè)大部分集中在中低壓、非車規(guī)領(lǐng)域。

不過近來，國內(nèi)企業(yè)積極布局碳化硅芯片產(chǎn)業(yè)，從自主研發(fā)到生產(chǎn)制造，一些本土碳化硅芯片企業(yè)逐漸脫穎而出，試圖實(shí)現(xiàn)車規(guī)級碳化硅芯片的“自主可控”，補(bǔ)齊供給缺口。

前述上海瀚薪科技相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，憑借多年努力，上海瀚薪科技在國內(nèi)碳化硅芯片企業(yè)中率先實(shí)現(xiàn)了高電壓技術(shù)突破并達(dá)到車規(guī)級產(chǎn)品量產(chǎn)交付水平，其中中高電壓的1200V、1700V和3300V的車規(guī)級碳化硅MOSFET經(jīng)多家國際主流車企2年以上的量產(chǎn)使用，成為領(lǐng)先進(jìn)入國際一線車企供應(yīng)鏈的中國本土碳化硅功率器件企業(yè)。

今年上半年，上海瀚薪科技在新能源汽車領(lǐng)域的車規(guī)級碳化硅MOSFET訂單已超過1200萬顆，這對于國產(chǎn)碳化硅芯片企業(yè)是一個里程碑式的突破。

“我們發(fā)現(xiàn)，車企對于碳化硅芯片有著巨大的需求并且增長很快。通過與多家主流整車企業(yè)持續(xù)溝通和交流，公司業(yè)務(wù)覆蓋了國際和國內(nèi)多個主流汽車品牌。目前我們已在上海臨港建立了全球研發(fā)中心，配備國際化背景的資深研發(fā)團(tuán)隊，大量研發(fā)測試設(shè)備也已陸續(xù)投入使用。”上海瀚薪科技相關(guān)負(fù)責(zé)人說，通過持續(xù)加大研發(fā)投入，迭代碳化硅功率芯片設(shè)計、工藝能力，公司將為市場提供更高性能新一代碳化硅功率芯片產(chǎn)品。

800V+碳化硅的升級之路需多方協(xié)同

在碳化硅芯片領(lǐng)域，縱觀國內(nèi)車規(guī)級碳化硅芯片企業(yè)在自主創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化方面的探索與成長，王海鵬認(rèn)為，憑借多年的積極研發(fā)和努力，國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)基本形成了相對完整的碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈體系，并且在全產(chǎn)業(yè)鏈的部分關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上已經(jīng)取得突破。比如在襯底、外延的研制，以及在模組領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)和制造水平都有了長足進(jìn)步。

“盡管目前車規(guī)級碳化硅芯片的襯底仍然無法實(shí)現(xiàn)較大規(guī)模國產(chǎn)，一定程度上制約著當(dāng)前國產(chǎn)車規(guī)級碳化硅芯片迅速上量。不過，近年來國內(nèi)企業(yè)在碳化硅芯片襯底生產(chǎn)能力和水平層面，正在縮短與國外的差距。”他說。

據(jù)了解，目前上海瀚薪科技已與幾家國內(nèi)頭部企業(yè)合作，推進(jìn)碳化硅芯片襯底和外延的國產(chǎn)化，目前完成了驗(yàn)證測試并開始國產(chǎn)襯底和外延的批量投產(chǎn)使用，預(yù)計年底實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品供應(yīng)。

雖然目前國產(chǎn)襯底和外延的良率相對低一些，但與進(jìn)口襯底和外延相比成本有所降低，且從長遠(yuǎn)看有較強(qiáng)的質(zhì)量提升空間。

“隨著襯底和外延國產(chǎn)化規(guī)模的擴(kuò)大、質(zhì)量的提升，國內(nèi)碳化硅芯片供應(yīng)鏈將更加完善，對進(jìn)口的依賴度也將隨之降低，一定程度上可以緩解供給缺口壓力。”上海瀚薪科技相關(guān)負(fù)責(zé)人說。

廣汽集團(tuán)總經(jīng)理馮興亞日前在2022泰達(dá)論壇上提出，充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，在技術(shù)層面要有前瞻性，對800V高壓快充技術(shù)在各大廠商中的快速推廣，大功率充電樁的規(guī)劃建設(shè)已經(jīng)明顯滯后。數(shù)據(jù)顯示，截止7月，公共領(lǐng)域大于60千瓦的高功率直流快充樁僅占43.4%，現(xiàn)有充電設(shè)施無法適應(yīng)汽車充電技術(shù)發(fā)展的要求。建議企業(yè)和政府聯(lián)合攻堅，為新能源汽車用戶創(chuàng)造全球領(lǐng)先的使用場景。

毫無疑問，800V高壓平臺技術(shù)的普及需要碳化硅芯片企業(yè)、電池企業(yè)、整車企業(yè)、電網(wǎng)、充電設(shè)施企業(yè)等產(chǎn)業(yè)鏈上下游參與者的協(xié)同努力。