助力800V高压平台上车，自主SiC加速抢风口

受硅基IGBT材料限制，400V电压平台目前广泛应用于电动汽车的高压系统。如果想把电压平台从400V提升到800V甚至更高，进而提高充电功率，缩短充电时间，就必须找到硅基IGBT的替代品。

SiC功率器件就是在这种背景下被推到风口的。与传统硅基材料相比，SiC由于具有耐高压、耐高温、高频等优势，被广泛认为是800V平台量产应用的关键支撑技术。目前已经有很多车企开发了基于SiC的800V高压平台。在这种趋势下，预计未来几年随着800V平台的大规模登板，SiC器件将进入快速爆发阶段。

在800V平台的火热布局下，SiC顺势而为。

在新能源汽车普及过程中，续航里程不足和充电速度慢一直是制约行业发展的两大痛点。为此，业界提出了一系列解决方案，包括推广换电模式、开发续航里程更长的车型、开发快充技术等。

其中，换电模式虽然在能量补充效率方面得到了业界的肯定，但由于前期投入较大，现阶段行业标准并不统一，仍面临商业推广困难、成本高等问题。对于长续航里程车型来说，如果在单次续航里程提升的同时，充电效率没有革命性的提升，充电等待时间其实是在上升的，并不能从根本上缓解续航焦虑。相比之下，快充技术正在获得越来越多车企的青睐，因为它可以通过优化单次充电效率，真正创造出堪比燃油车的充电体验。

目前的快充技术有两种:低压大电流快充技术和800V甚至更高水平的高压快充技术。与高压方案相比，大电流快充会因短时间内电流急剧上升而导致温度急剧上升，对电控、线束、散热等要求更高。目前只有特斯拉、氪等少数品牌在进行相关探索或应用。主流车企大多选择了高压快充方案，尤其是800V高压快充，已经被很多车企提上日程。

800V高压SiC平台+480kW高压过充，图片来源:Xpeng Motors。

比如，刚刚在广州车展亮相的小鹏全新SUV车型G9，首次采用了800V高压SiC平台。据悉，为了发挥800V平台的技术优势，Xpeng Motors还将在国内铺设首批量产的480kW高压过充桩，实现充电5分钟最大续航200公里。该车计划于明年第三季度交付。

同样出现在车展上的长城沙龙首款车型Mechelon也表示支持800V超级快充。峰值电流高达600A，CLTC充电10分钟可续航401公里。还有一款零跑，也在部署800V超高压充电。其800V平台将于2024年第四季度量产。在朱看来，现在是800V充电的最好时机，相关配套还不成熟。

部分车企的高压平台规划，图片来源:Gaspar。

此外，比亚迪E平台3.0、东风蓝兔、吉利海阔天空架构、现代E-GMP、奔驰EVA、通用汽车能源也选择了800V高压平台并做了相应布局，车型应用范围开始从高端车型探索。就量产时间来看，各大车企基于这一技术方案的新车将会在明年陆续上市，这意味着明年有望成为800V高配的发展元年……ltage平台，预计在2024年左右。

据华创证券预测，2021-2023年国内800V行业有望实现从0到1的突破，之后将进入爆发期，2023-2025年复合增长率有望超过70%，2025-2030年进入平稳增长阶段，复合增长率约为20%。

800V平台散热的背后，SiC功率器件的大规模应用起到了重要的支撑作用。硅基IGBT在传统的车用功率半导体中占主导地位。但由于硅材料物理性能的限制，如果应用于800V平台，在高开关频率和高电压下损耗会大大增加，不能很好地支持高电压平台的演进。

由于在用于制造半导体的高纯硅晶体结构中加入了碳原子，SiC器件很好地突破了传统硅基材料的限制，实现了更宽的带隙、更高的临界击穿场强和热导率等优异的材料特性，完全可以满足整车架构向800V高压迈进时的耐高压、耐高温和高频的要求，提高整个系统的效率。例如，在主逆变器中，据报道用SiC模块代替IGBT模块可以提高系统效率约5%。

而且SiC还具有体积小、功率密度高的优点，可以帮助电动汽车降低模块的体积和重量，提高续航能力。据相关分析数据显示，与硅器件相比，汽车充电系统使用的SiC器件体积可减少60%。在续航方面，与使用纯硅芯片的电动汽车相比，搭载SiC芯片的电动汽车的行驶里程平均延长了6%。

但也带来了材料成本的增加。据了解，目前SiC的价格大约是Si的3-5倍。在同等产品条件下，用SiC替代硅基IGBT的成本将增加3000元左右。但如果从整个系统的综合成本来看，最终使用SiC会导致成本降低2000元左右。

图片来源:吉利汽车

正因为如此，在目前电动车续航和充电的焦虑尚未解决的情况下，SiC +800V组合被视为一个主流方向。随着800V平台的推进，很多汽车厂商也在同步布局SiC赛道。例如，吉利正在开发自己的SiC功率芯片，并计划在2023年量产。同时，吉利还在今年8月与罗马达成合作，利用后者的SiC方案开发高效的电子控制系统和车辆充电系统。

零跑碳化硅控制器也计划在2023年底量产。据朱介绍，这种碳化硅控制器可以将电驱动功率的上限再提高300kW，并将电池寿命提高4%以上。还有蔚来汽车。首台碳化硅电驱动系统C原型机于今年6月在南京先进制造技术中心正式下线，并将于2022年随着蔚来ET7的交付正式量产。

在此背景下，汽车行业有望在2023年迎来碳化硅电机控制器的量产爆发。如果考虑SiC在车辆OBC、充电桩等领域的渗透，需求会更大。根据TrendForce集邦咨询的研究，随着电动汽车普及率的不断提高，以及车辆架构向800V高压方向发展，预计2025年全球电动汽车市场对6英寸SiC晶圆的需求将达到169万片。

多方力量暗战SiC车辆，本土企业加速突破。

随着SiC在新能源汽车领域的普及，传统汽车功率半导体企业正在该领域掀起新一轮扩张。

最近，博世宣布，它已经开始大规模生产由碳化硅这种创新材料制成的功率半导体，并将继续扩大产能，旨在提高产量……上亿。此前，博世已经开始扩建罗伊特林根工厂的无尘车间，同时开始研发功率密度更高的第二代SiC芯片，预计将于2022年投入量产。

博世碳化硅晶片；图片来源:博世

东芝、罗马半导体、富士电机等日本厂商也在积极增加车用SiC功率半导体的产量。其中，东芝被曝计划在2023年将旗下姬路半导体工厂的SiC功率半导体产量扩大至2020年的3倍，2025年进一步扩大至10倍。

罗马半导体计划投资500亿日元，到2025年将SiC功率半导体的产能提高到目前的5倍以上。为了更好地专注于新能源汽车市场，罗马和正海集团于今年10月下旬共同宣布成立合资公司——heim hiko，专注于SiC功率模块的设计和制造。

据了解，Heimhiko的SiC功率模块计划2022年在日本罗马工厂小批量生产，2023年在闵行区工厂大批量生产。其第一代产品主要面向电动汽车逆变器领域。根据不同的客户型号和应用场景，变频效率会提高3%到6%左右。

在国内，随着新能源汽车的快速发展，也吸引了一批企业密集布局。根据此前发布的《新能源汽车产业发展规划》，2025年我国新能源汽车销量将占总销量的20%，约为600万辆(按年销量3000万辆计算)。但按照目前新能源汽车的发展趋势来看，显然比预期要好。

近日，中科院院士、中国电动汽车百人会副理事长高表示，明年新能源汽车市场渗透率有望突破20%，达到500万辆规模，2025年进一步提升至700-1000万辆。

这意味着中国有望成为SiC需求量最大的市场。据相关预测数据显示，到2025年，新能源汽车和充电桩领域的SiC市场规模将达到17.78亿美元，约占SiC市场总量的70%。得益于新能源汽车的快速发展，预计中国将贡献近一半的市场。

因此，比亚迪半导体、斯达半导体、CRRC、三安光电、华润微电子、派恩吉尔等本土企业也在积极开发车用碳化硅。其中，三安光电在湖南建成了国内首条碳化硅产业链生产线，涵盖长晶、晶圆、外延、芯片、R&D和封测，于今年6月正式投产。据报道，下一步是光伏，新能源和OBC，DC-DC和汽车的主要驱动。

此外，在汽车SiC领域，国内也开始涌现出一批新锐力量，并得到了资本的密集加持。今年以来，许多本土企业，包括松杰、展新电子、阿基米德半导体、吉它半导体、振渠科技、芯能半导体、基础半导体、利普半导体等。，已获得新融资，累计融资规模超过100亿元。

图片来源:吉它半导体

其中，仅吉它半导体在最新一轮融资中就获得了80亿元的资本加持，充分凸显了资本对其的看好。阿基米德半导体近期也获得3亿元天使轮融资，推动车载级光伏SiC/IGBT的落地。

随着相关企业的密集布局，据统计，现阶段国内碳化硅项目(包括其他非整车项目)超过100个。基于此，本土企业在汽车SiC领域取得了一些突破。

例如，基于在车载级功率半导体领域的多年研发，比亚迪已将其自主研发的SiC模块成功应用于韩EV上。到2023年，比亚迪计划在其所有电动汽车中用碳化硅功率半导体完全取代IGBT。Lips半导体的SiC产品也已于今年下半年开始量产，乘用车SiC模块的量产将于2022年完成。

松杰近日宣布，SiC MOSFET产品在OBC新能源汽车应用验证中取得重大突破，荣获数十项……新能源汽车龙头企业百万订单，开始低调供货。目前，公司正在大力建设汽车SiC模块封装生产线。

尽管如此，在汽车第三代半导体领域，美国、日本、欧洲等成熟市场的半导体企业仍然占据主导地位，由于汽车领域真正进口的产品不多，自主企业的整体份额仍然非常有限。据相关分析数据显示，目前第三代半导体主要环节的国产化率仍然较低，80%以上的产品依赖进口。这意味着本土企业要想在汽车SiC领域真正突破还有很长的路要走，尤其是如何达到车辆法规的高标准，是几乎所有本土企业迫切需要解决的问题。

而且SiC本身的应用还得考虑技术升级和市场效应，短时间内不会完成硅基IGBT的替代。据相关机构预测，即使到2025-2026年，SiC的渗透率也不会超过20%，80%甚至更多将是硅基IGBT。这背后，高技术壁垒、低器件良率、SiC晶体生长的性价比都是亟待攻克的难题。

但值得注意的是，由于芯片荒的持续蔓延，越来越多的本土企业已经意识到自主控制供应链的重要性，一些自主车企也在有意识地扶持本土玩家。今年5月，吉利通过旗下魏锐电动车和碳化硅企业芯能半导体成立广东新粤能半导体有限公司，布局碳化硅赛道。受硅基IGBT材料限制，400V电压平台目前广泛应用于电动汽车的高压系统。如果想把电压平台从400V提升到800V甚至更高，进而提高充电功率，缩短充电时间，就必须找到硅基IGBT的替代品。

SiC功率器件就是在这种背景下被推到风口的。与传统硅基材料相比，SiC由于具有耐高压、耐高温、高频等优势，被广泛认为是800V平台量产应用的关键支撑技术。目前已经有很多车企开发了基于SiC的800V高压平台。在这种趋势下，预计未来几年随着800V平台的大规模登板，SiC器件将进入快速爆发阶段。

在800V平台的火热布局下，SiC顺势而为。

在新能源汽车普及过程中，续航里程不足和充电速度慢一直是制约行业发展的两大痛点。为此，业界提出了一系列解决方案，包括推广换电模式、开发续航里程更长的车型、开发快充技术等。

其中，换电模式虽然在能量补充效率方面得到了业界的肯定，但由于前期投入较大，现阶段行业标准并不统一，仍面临商业推广困难、成本高等问题。对于长续航里程车型来说，如果在单次续航里程提升的同时，充电效率没有革命性的提升，充电等待时间其实是在上升的，并不能从根本上缓解续航焦虑。相比之下，快充技术正在获得越来越多车企的青睐，因为它可以通过优化单次充电效率，真正创造出堪比燃油车的充电体验。

目前的快充技术有两种:低压大电流快充技术和800V甚至更高水平的高压快充技术。与高压方案相比，大电流快充会因短时间内电流急剧上升而导致温度急剧上升，对电控、线束、散热等要求更高。目前只有特斯拉、氪等少数品牌在进行相关探索或应用。主流车企大多选择了高压快充方案，尤其是800V高压快充，已经被很多车企提上日程。

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800V高压SiC平台+480kW高压过充，图片来源:Xpeng Motors。

比如，刚刚在广州车展亮相的小鹏全新SUV车型G9，首次采用了800V高压SiC平台。据悉，为了发挥800V平台的技术优势，Xpeng Motors还将在国内铺设首批量产的480kW高压过充桩，实现充电5分钟最大续航200公里。该车计划于明年第三季度交付。

同样出现在车展上的长城沙龙首款车型Mechelon也表示支持800V超级快充。峰值电流高达600A，CLTC充电10分钟可续航401公里。还有一款零跑，也在部署800V超高压充电。其800V平台将于2024年第四季度量产。在朱看来，现在是800V充电的最好时机，相关配套还不成熟。

部分车企的高压平台规划，图片来源:Gaspar。

此外，比亚迪E平台3.0、东风蓝兔、吉利海阔天空架构、现代E-GMP、奔驰EVA、通用汽车能源也选择了800V高压平台并做了相应布局，车型应用范围开始从高端车型探索。就量产时间来看，各大车企基于这一技术方案的新车将在未来一年内陆续上市，这意味着明年有望成为我国800V高压平台的研发元年，预计在2024年左右。

据华创证券预测，2021-2023年国内800V行业有望实现从0到1的突破，之后将进入爆发期，2023-2025年复合增长率有望超过70%，2025-2030年进入平稳增长阶段，复合增长率约为20%。

800V平台散热的背后，SiC功率器件的大规模应用起到了重要的支撑作用。硅基IGBT在传统的车用功率半导体中占主导地位。但由于硅材料物理性能的限制，如果应用于800V平台，在高开关频率和高电压下损耗会大大增加，不能很好地支持高电压平台的演进。

由于在用于制造半导体的高纯硅晶体结构中加入了碳原子，SiC器件很好地突破了传统硅基材料的限制，实现了更宽的带隙、更高的临界击穿场强和热导率等优异的材料特性，完全可以满足整车架构向800V高压迈进时的耐高压、耐高温和高频的要求，提高整个系统的效率。例如，在主逆变器中，据报道用SiC模块代替IGBT模块可以提高系统效率约5%。

而且SiC还具有体积小、功率密度高的优点，可以帮助电动汽车降低模块的体积和重量，提高续航能力。据相关分析数据显示，与硅器件相比，汽车充电系统使用的SiC器件体积可减少60%。在续航方面，与使用纯硅芯片的电动汽车相比，搭载SiC芯片的电动汽车的行驶里程平均延长了6%。

但也带来了材料成本的增加。据了解，目前SiC的价格大约是Si的3-5倍。在同等产品条件下，用SiC替代硅基IGBT的成本将增加3000元左右。但如果从整个系统的综合成本来看，最终使用SiC会导致成本降低2000元左右。

图片来源:吉利汽车

正因为如此，在目前电动车续航和充电的焦虑尚未解决的情况下，SiC +800V组合被视为一个主流方向。随着800V平台的发展，许多汽车制造商……同时铺设SiC轨道。例如，吉利正在开发自己的SiC功率芯片，并计划在2023年量产。同时，吉利还在今年8月与罗马达成合作，利用后者的SiC方案开发高效的电子控制系统和车辆充电系统。

零跑碳化硅控制器也计划在2023年底量产。据朱介绍，这种碳化硅控制器可以将电驱动功率的上限再提高300kW，并将电池寿命提高4%以上。还有蔚来汽车。首台碳化硅电驱动系统C原型机于今年6月在南京先进制造技术中心正式下线，并将于2022年随着蔚来ET7的交付正式量产。

在此背景下，汽车行业有望在2023年迎来碳化硅电机控制器的量产爆发。如果考虑SiC在车辆OBC、充电桩等领域的渗透，需求会更大。根据TrendForce集邦咨询的研究，随着电动汽车普及率的不断提高，以及车辆架构向800V高压方向发展，预计2025年全球电动汽车市场对6英寸SiC晶圆的需求将达到169万片。

多方力量暗战SiC车辆，本土企业加速突破。

随着SiC在新能源汽车领域的普及，传统汽车功率半导体企业正在该领域掀起新一轮扩张。

近日，博世宣布开始量产由创新材料SiC制成的功率半导体，并将继续扩大产能，目标是将产量提高到数亿只。此前，博世已经开始扩建罗伊特林根工厂的无尘车间，同时开始研发功率密度更高的第二代SiC芯片，预计将于2022年投入量产。

博世碳化硅晶片；图片来源:博世

东芝、罗马半导体、富士电机等日本厂商也在积极增加车用SiC功率半导体的产量。其中，东芝被曝计划在2023年将旗下姬路半导体工厂的SiC功率半导体产量扩大至2020年的3倍，2025年进一步扩大至10倍。

罗马半导体计划投资500亿日元，到2025年将SiC功率半导体的产能提高到目前的5倍以上。为了更好地专注于新能源汽车市场，罗马和正海集团于今年10月下旬共同宣布成立合资公司——heim hiko，专注于SiC功率模块的设计和制造。

据了解，Heimhiko的SiC功率模块计划2022年在日本罗马工厂小批量生产，2023年在闵行区工厂大批量生产。其第一代产品主要面向电动汽车逆变器领域。根据不同的客户型号和应用场景，变频效率会提高3%到6%左右。

在国内，随着新能源汽车的快速发展，也吸引了一批企业密集布局。根据此前发布的《新能源汽车产业发展规划》，2025年我国新能源汽车销量将占总销量的20%，约为600万辆(按年销量3000万辆计算)。但按照目前新能源汽车的发展趋势来看，显然比预期要好。

近日，中科院院士、中国电动汽车百人会副理事长高表示，明年新能源汽车市场渗透率有望突破20%，达到500万辆规模，2025年进一步提升至700-1000万辆。

这意味着中国有望成为SiC需求量最大的市场。据相关预测数据显示，到2025年，新能源汽车和充电桩领域的SiC市场规模将达到17.78亿美元，约占SiC市场总量的70%。得益于新能源汽车的快速发展，预计中国将贡献近一半的市场。

因此，比亚迪半导体、斯达半导体、CRRC、三安光电、华润微电子、派恩吉尔等本土企业也在积极开发车用碳化硅。其中，三安光电在湖南建成了国内首条碳化硅产业链生产线，涵盖长晶、晶圆、外延、芯片、R&D和封测，于今年6月正式投产。据报道，下一步是光伏，新能源和OBC，DC-DC和汽车的主要驱动。

此外，在汽车SiC领域，国内也开始涌现出一批新锐力量，并得到了资本的密集加持。今年以来，许多本土企业，包括松杰、展新电子、阿基米德半导体、吉它半导体、振渠科技、芯能半导体、基础半导体、利普半导体等。，已获得新融资，累计融资规模超过100亿元。

图片来源:吉它半导体

其中，仅吉它半导体在最新一轮融资中就获得了80亿元的资本加持，充分凸显了资本对其的看好。阿基米德半导体近期也获得3亿元天使轮融资，推动车载级光伏SiC/IGBT的落地。

随着相关企业的密集布局，据统计，现阶段国内碳化硅项目(包括其他非整车项目)超过100个。基于此，本土企业在汽车SiC领域取得了一些突破。

例如，基于在车载级功率半导体领域的多年研发，比亚迪已将其自主研发的SiC模块成功应用于韩EV上。到2023年，比亚迪计划在其所有电动汽车中用碳化硅功率半导体完全取代IGBT。Lips半导体的SiC产品也已于今年下半年开始量产，乘用车SiC模块的量产将于2022年完成。

松杰近日宣布，SiC MOSFET产品在OBC新能源汽车应用验证中取得重大突破，荣获数十项……新能源汽车龙头企业百万订单，开始低调供货。目前，公司正在大力建设汽车SiC模块封装生产线。

尽管如此，在汽车第三代半导体领域，美国、日本、欧洲等成熟市场的半导体企业仍然占据主导地位，由于汽车领域真正进口的产品不多，自主企业的整体份额仍然非常有限。据相关分析数据显示，目前第三代半导体主要环节的国产化率仍然较低，80%以上的产品依赖进口。这意味着本土企业要想在汽车SiC领域真正突破还有很长的路要走，尤其是如何达到车辆法规的高标准，是几乎所有本土企业迫切需要解决的问题。

而且SiC本身的应用还得考虑技术升级和市场效应，短时间内不会完成硅基IGBT的替代。据相关机构预测，即使到2025-2026年，SiC的渗透率也不会超过20%，80%甚至更多将是硅基IGBT。这背后，高技术壁垒、低器件良率、SiC晶体生长的性价比都是亟待攻克的难题。

但值得注意的是，由于芯片荒的持续蔓延，越来越多的本土企业已经意识到自主控制供应链的重要性，一些自主车企也在有意识地扶持本土玩家。今年5月，吉利通过旗下魏锐电动车和碳化硅企业芯能半导体成立广东新粤能半导体有限公司，布局碳化硅赛道。SAIC近日通过旗下市场化私募股权投资平台尚好资本出资5亿元，参与吉它半导体的A轮投资，以帮助吉它半导体加快IGBT和SiC功率器件的研发进程，推动汽车核心芯片的自主可控。今年年初，尚好资本也参与投资上海汉宇，布局SiC电路。

在自主车企和半导体厂商的“组合拳”下，汽车SiC领域正在开启新一轮的竞争。SAIC近日通过旗下市场化私募股权投资平台尚好资本出资5亿元，参与吉它半导体的A轮投资，以帮助吉它半导体加快IGBT和SiC功率器件的研发进程，推动汽车核心芯片的自主可控。今年年初，尚好资本也参与投资上海汉宇，布局SiC电路。

在自主车企和半导体厂商的“组合拳”下，汽车SiC领域正在开启新一轮的竞争。

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