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日前，特斯拉在投資者大會(huì)上提到，在其下一代動(dòng)力平臺(tái)中，價(jià)格昂貴的碳化硅為關(guān)鍵部件。但特斯拉找到一種方式可以減少75%的碳化硅用量，同時(shí)不影響整車的性能和效率。

特斯拉用量銳減，一石激起千層浪，全球碳化硅大廠股價(jià)應(yīng)聲大跌，碳化硅冉冉升起的“明日之星”身份開始受到質(zhì)疑，產(chǎn)業(yè)是否會(huì)被顛覆成為業(yè)界關(guān)注的話題。

車圈偏愛碳化硅

第三代半導(dǎo)體用于電動(dòng)車正如火如荼，其中碳化硅能獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷甚至供不應(yīng)求，其推手正是最先采用碳化硅的特斯拉。早在2018年，特斯拉就開始在Model 3上采用碳化硅，成功將逆變器體積縮小，并且打造出更流線的車體，進(jìn)而吸引其他車廠跟進(jìn)采用碳化硅元件。

有研究報(bào)告顯示，基于第三類半導(dǎo)體各項(xiàng)特性優(yōu)勢(shì)，以及新能源汽車快速發(fā)展的趨勢(shì)，未來(lái)5年內(nèi)在每?jī)奢v車中，就會(huì)有一輛是搭載第三類半導(dǎo)體的電動(dòng)車。這情況也將使得第三類半導(dǎo)體在電動(dòng)車市場(chǎng)中，于2027年到2030年間用量超過(guò)硅基半導(dǎo)體。

“碳化硅肯定是未來(lái)技術(shù)發(fā)展的方向和趨勢(shì)”，上海藍(lán)諾新能源技術(shù)有限公司總經(jīng)理韓麗介紹，在新能源汽車領(lǐng)域，碳化硅主要用于主逆變器、車載充電單元及DC/DC轉(zhuǎn)換器等應(yīng)用。相比于目前廣泛應(yīng)用的IGBT，碳化硅是一種更先進(jìn)的功率半導(dǎo)體。

碳化硅具有高效率、高可靠性、耐高壓、耐高溫的優(yōu)異特性，是支撐新能源汽車發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。其低電阻、耐高溫的特性，可使功率器件的開關(guān)頻率和效率做到更高，同時(shí)又使體積做到更小，多出來(lái)的空間讓電動(dòng)車重量更輕，或電池做得更大，進(jìn)而增加行駛里程。碳化硅還有耐高壓的重要優(yōu)勢(shì)，比如一些主流車廠采用開始800V高壓平臺(tái)，此種情況下必須使用耐高壓的碳化硅。

簡(jiǎn)而言之，碳化硅能提高電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程，同時(shí)它有助于電動(dòng)車充電效率更高效，充電時(shí)間更短，讓電動(dòng)汽車更環(huán)保、更安全、更智能。

“碳中和”浪潮之下，第三代半導(dǎo)體更被視為“雙碳”達(dá)標(biāo)的中流砥柱。2021年，第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)被正式寫入“十四五”規(guī)劃與2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)中；2022年上半年，中國(guó)科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“新型顯示與戰(zhàn)略性電子材料”重點(diǎn)專項(xiàng)2022年度項(xiàng)目中，再對(duì)第三代半導(dǎo)體材料與器件的7個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行研發(fā)支持。

不夸張地說(shuō)，第三代功率半導(dǎo)體碳化硅已是全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)的新高地。展望未來(lái)，有業(yè)內(nèi)人士預(yù)測(cè)，全球新能源汽車滲透率的快速提升將驅(qū)動(dòng)碳化硅市場(chǎng)規(guī)模高速增長(zhǎng)，在頭部新能源車廠的“帶動(dòng)效應(yīng)”下，預(yù)計(jì)至2025年碳化硅滲透率接近40%。

特斯拉“閃退”的背后

碳化硅的優(yōu)勢(shì)有目共睹，市場(chǎng)日益崛起，那特斯拉的驟然減量又意在何為呢？

韓麗分析，碳化硅在汽車上的應(yīng)用前進(jìn)廣闊，但不可否認(rèn)的是，其從產(chǎn)能規(guī)模上仍然處于產(chǎn)業(yè)初期階段，價(jià)格大概是硅基半導(dǎo)體的2～3倍，即便成本如此高昂卻依然供不應(yīng)求。當(dāng)前市面上提供碳化硅的主要半導(dǎo)體廠商包括意法半導(dǎo)體、英飛凌 、Wolfspeed、安森美及羅姆，近期各公司皆持續(xù)加碼投資碳化硅晶圓和基板的新產(chǎn)能，不過(guò)這些都還在起步階段。

汽車零部件產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向無(wú)非是兩個(gè)，即“降本”和“增效”。在純電動(dòng)汽車的應(yīng)用上，目前，用碳化硅模塊和SiIGBT模塊的電機(jī)控制器相比，在整車層面可以提高大概6%的用電效率。如果效率提升的收益大于碳化硅成本的投入，其技術(shù)的附加值便得以體現(xiàn)。在市場(chǎng)應(yīng)用層面，關(guān)鍵要找到性能與價(jià)格的平衡。

特斯拉下一代動(dòng)力平臺(tái)減少75%碳化硅用量，或是為了合理控制制造成本以謀取盈利。如果特斯拉能夠通過(guò)升級(jí)架構(gòu)設(shè)計(jì)等其他動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)改進(jìn)方式實(shí)現(xiàn)同樣的效率提升，其可以不在碳化硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展之初，即良率、材料成本、制造成本、開發(fā)投入都比較大的時(shí)候去付出太高成本。

“當(dāng)然技術(shù)也是有邊界的，當(dāng)技術(shù)創(chuàng)新不足以覆蓋效能提升需求時(shí)，就只能使用碳化硅了。這就是為什么特斯拉減少了75%的碳化硅使用，而不是80%甚至更高。”韓麗說(shuō)。

中科院戰(zhàn)略咨詢?cè)寒a(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新中心汽車行業(yè)特聘研究員鹿文亮也持類似觀點(diǎn)，在他看來(lái)，碳化硅的優(yōu)勢(shì)明顯，同樣缺點(diǎn)也很明顯，就是生產(chǎn)工藝比較難、產(chǎn)能較低、成本較高、供應(yīng)很不穩(wěn)定，這很有可能成為限制車企大規(guī)模量產(chǎn)的關(guān)鍵因素。

尤其特斯拉的銷量目標(biāo)比較激進(jìn)，更加看重規(guī)模化生產(chǎn)后每個(gè)零部件的穩(wěn)定供應(yīng)和成本優(yōu)化，在電控層面減少碳化硅的使用，對(duì)其成本控制和出貨穩(wěn)定性都有益處。

而更加關(guān)鍵的一點(diǎn)是，近年來(lái)，為了降低新能源車用戶的補(bǔ)能焦慮，并帶領(lǐng)電動(dòng)車進(jìn)入全面快充時(shí)代，國(guó)內(nèi)掀起了一輪800V高壓平臺(tái)熱潮，小鵬汽車、吉利極氪、北汽極狐等車企紛紛入局。欲上800V高壓，必上具有抗高壓性能的碳化硅。但走低壓大電流路線的特斯拉不受電壓約束，具備減少碳化硅使用的條件。

成本永遠(yuǎn)是硬道理

從全球汽車業(yè)的大趨勢(shì)來(lái)看，特斯拉在碳化硅市場(chǎng)的“閃退”著實(shí)令業(yè)界錯(cuò)愕，但似乎并沒(méi)有澆滅車企和供應(yīng)商布局碳化硅的熱情。

3月3日，廣汽埃安發(fā)布全新一代高性能集成電驅(qū)技術(shù)——夸克電驅(qū)。這款電驅(qū)的體積只有巴掌大小，但功率密度高達(dá)12kW/kg，相比行業(yè)6kW/kg的水平提升100%。900V高效碳化硅是夸克電驅(qū)背后的“黑科技”之一。

3月9日，日產(chǎn)汽車公布了名為“多合一（X-in-1）”的電驅(qū)化動(dòng)力總成新技術(shù)。電驅(qū)是電動(dòng)汽車的動(dòng)力核心，無(wú)論是降本還是增效，碳化硅都是關(guān)鍵之一。日產(chǎn)表示，無(wú)論是純電車還是混動(dòng)車，未來(lái)都將會(huì)采用碳化硅。

進(jìn)入2023年，車企紛紛與碳化硅廠商結(jié)盟，以獲得長(zhǎng)期產(chǎn)能保證。Wolfspeed 將為梅賽德斯-奔馳供應(yīng)碳化硅器件，賦能其未來(lái)電動(dòng)汽車平臺(tái)；安森美的碳化硅產(chǎn)品將用于大眾下一代平臺(tái)系列的車輛牽引逆變器解決方案；寶馬也與安森美簽下長(zhǎng)期供貨協(xié)議，寶馬400V直流母線電動(dòng)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)將采用安森美碳化硅技術(shù)解決方案。隨著通用、福特、保時(shí)捷、雷諾等老牌車企紛紛跟進(jìn)，碳化硅使用者的名單將越來(lái)越長(zhǎng)。

對(duì)于碳化硅的未來(lái)，韓麗認(rèn)為，隨著產(chǎn)量的提升、產(chǎn)業(yè)的成熟，碳化硅的成本將逐漸下降，其發(fā)展優(yōu)勢(shì)還是相當(dāng)明顯的。其未來(lái)市場(chǎng)規(guī)模取決于與IGBT價(jià)格的差異，以及市場(chǎng)對(duì)碳化硅強(qiáng)需求的程度。

“也不排除折中的方案，比如通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和器件設(shè)計(jì)，采用IGBT和碳化硅混合技術(shù)，一個(gè)電機(jī)控制器采用少部分碳化硅和大部分IGBT，使得既能滿足功能要求又能做到成本最優(yōu)。”韓麗說(shuō)。

從更長(zhǎng)久的時(shí)間維度來(lái)看，特斯拉的思路是否會(huì)影響其他車企對(duì)待碳化硅的態(tài)度？鹿文亮打了個(gè)比方，眼下IGBT與碳化硅的關(guān)系有點(diǎn)像電動(dòng)汽車發(fā)展初期磷酸鐵鋰電池和三元電池的關(guān)系。早年間，電車多使用磷酸鐵鋰電池，但當(dāng)續(xù)航里程提升遇到瓶頸，行業(yè)便開始傾向于三元電池。后來(lái)成本成為比續(xù)航里程更嚴(yán)峻的問(wèn)題時(shí)，車企又開始轉(zhuǎn)回磷酸鐵鋰電池。目前，磷酸鐵鋰電池的市場(chǎng)份額已經(jīng)超過(guò)60%。

“所以未來(lái)碳化硅是不是越來(lái)越熱、規(guī)模越來(lái)越大，主要看成本的下降程度，碳化硅的應(yīng)用范圍則主要取決于其與IGBT的價(jià)格差。接下來(lái)很有可能是高端車型特別是800V高壓車型采用碳化硅，中低端車型使用IBGT，隨著碳化硅與IGBT價(jià)格差異逐漸縮小，碳化硅的應(yīng)用范圍從高端車型向低端車型滲透。”鹿文亮說(shuō)。