小鵬、吉利、比亞迪擁抱800V高壓平臺，電車普及超快充還在等什么？
電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/梁浩斌）與遵循摩爾定律持續(xù)高速迭代的集成電路不同，電池技術(shù)在過去幾十年中進展緩慢。因此當前電動汽車要解決續(xù)航問題，主要有兩個發(fā)展方向：換電和快充。其中換電由于配套設施投入大，并且目前還未有一個通用標準，所以換電技術(shù)除了蔚來汽車有大規(guī)模的落地外，其他車企都只是處于試驗階段。
毫無疑問，直流快充是目前電動汽車補能的最重要手段，同時也是各大車企重點布局的方向。近日，小鵬汽車官方發(fā)布了多項戰(zhàn)略規(guī)劃，其中包括將推出國內(nèi)首個量產(chǎn)800V高壓SiC平臺。據(jù)小鵬汽車介紹，該平臺最高支持600A電流輸入，電驅(qū)效率大于95%，并可以實現(xiàn)充電5分鐘，補充200km續(xù)航里程的能力。
在快充之后，小鵬還推出了自研儲能充電技術(shù)，一次儲能能滿足30臺車不間斷充電，并支持大功率超充。 其實車端的800V電壓平臺早在2019年就在保時捷Tycan上就已經(jīng)實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，不過當時Tycan上的800V平臺并沒有完全應用SiC器件，在功率模塊上還是采用了硅基IGBT。所以小鵬這次宣布將推出國內(nèi)首個量產(chǎn)800V高壓SiC平臺，或許意味著SiC技術(shù)在電動汽車高壓快充中的應用將迎來爆發(fā)期。
而從目前的趨勢來看，大多數(shù)業(yè)內(nèi)人士普遍的觀點是，未來電動汽車主流將會分為400V與800V兩套系統(tǒng)，400V適用于中低端小型車，而中高端車型在未來將會更多地應用800V平臺。 而對于800V及以上高電壓平臺中，電機逆變器是最關鍵部件之一。目前400V平臺中搭配的逆變器基本采用硅基IGBT作為核心，隨著電壓提升，采用SiC器件的整體效率提升就越明顯。
對于逆變器而言，800V高壓平臺下使用SiC MOSFET會比傳統(tǒng)的硅基IGBT整體系統(tǒng)效率提高8%。與此同時，在相同功率前提下，采用SiC器件的模塊尺寸和重量相比傳統(tǒng)硅基模塊大幅縮小，甚至可以令開關損耗降低75%。這對于輕量化與節(jié)能需求極大的電動汽車可以說是剛需。
在市場方面，有調(diào)研機構(gòu)預計到2022年，SiC在電動汽車中的市場空間將增長到24億美元，這是2017年車用SiC整體收入的300多倍。
SiC龍頭企業(yè)Wolfspeed（原Cree）預計，SiC逆變器能為電動汽車提升5-10%的續(xù)航，并節(jié)省400-800美元的電池成本，即使減去由于采用SiC器件所增加的成本（200美元），依然具備成本優(yōu)勢。
2019年5月，Wolfspeed宣布在未來5年內(nèi)投入10億美元，在北卡羅來納州建造一座采用最先進技術(shù)的自動化200mm SiC晶圓工廠和一座材料工廠，以擴大SiC產(chǎn)能。 ST在去年2月以1.4億美元收購了瑞典SiC晶圓制造商Norstel AB。ST表示在完成這次交易后，將在全球產(chǎn)能受限的情況下控制部分SiC器件的整個供應鏈。
國內(nèi)廠商方面，天科合達的第三代半導體碳化硅襯底產(chǎn)業(yè)化基地建設項目2020年8月在北京市大興區(qū)順利開工，總投資約9.5億元人民幣，新建一條400臺/套碳化硅單晶生長爐及其配套切、磨、拋加工設備的碳化硅襯底生產(chǎn)線，項目計劃于2022年年初完工投產(chǎn)，建成后可年產(chǎn)碳化硅襯底12萬片。
同樣在去年8月，三安光電宣布收購北電新材，后者2019年投資了5.8億元在福建建設產(chǎn)能為3.6萬片SiC襯底的項目。 去年11月，合肥露笑科技投資100億元建設SiC設備制造、長晶生產(chǎn)、襯底加工、外延制作等產(chǎn)業(yè)鏈的研發(fā)和生產(chǎn)基地。 但即便如此，SiC的生產(chǎn)依然存在一定瓶頸，比如原料晶柱的質(zhì)量不穩(wěn)定等。
有業(yè)內(nèi)人士認為，SiC基板的開發(fā)是所有企業(yè)都在著力解決的最大瓶頸之一，SiC基板和傳統(tǒng)的硅晶有很大不同，處理SiC要從設備、工藝、處理到切割的一切都需要另外進行開發(fā)。
而目前市面上的SiC晶圓大多是4英寸和6英寸，全球只有英飛凌、Wolfspeed、ST、Soitec、羅姆、II-VI、以及國內(nèi)的爍科晶體能生產(chǎn)8英寸SiC晶圓，但其中能夠大規(guī)模量產(chǎn)的屈指可數(shù)。 加上在生產(chǎn)過程中的周期長、良率難控制，這些因素加起來導致了SiC價格持續(xù)處于高位。當前SiC器件的價格可以達到傳統(tǒng)Si器件的4到5倍。
有數(shù)據(jù)顯示，按照特斯拉Model 3上所使用的器件全部更換為SiC后，平均2輛汽車就需要消耗一片6英寸SiC晶圓。而如果特斯拉能達到2022年交付量100萬輛的目標，那么僅特斯拉一家車企就消耗50萬片SiC晶圓。要知道，目前全球SiC晶圓的年產(chǎn)能才約為40-60萬片，這意味著一家車企就要消耗當前全球SiC晶圓的所有產(chǎn)能。
所以，對于800V高壓平臺的一個不確定因素是，SiC產(chǎn)能問題。另一方面，在充電樁端，其實也存在一定限制。 目前我國通用充電樁最大支持750V/250A輸出，即187kW輸出，到了實際應用上還大概率達不到這個理論峰值。不過國內(nèi)大功率ChaoJi充電的新標準也即將進行推廣，可以實現(xiàn)1500V/600A，最高900kW功率輸出。
但從特斯拉超充布局的窘境上看，事實上大功率充電樁的布局遠不是成本以及充電樁技術(shù)這么簡單。 最根本的原因是電力基建不能滿足快充樁的用電需求。以廣州白云賓館為例，建筑的電力設計負荷為3120kW，如果裝了兩個小鵬汽車未來推出的480kW充電樁，那么這兩個充電樁工作時就已經(jīng)消耗了整個賓館總負荷的三分之一，這是運營方無法接受的。
這你就能理解，為什么高速服務站上，可用的快充樁數(shù)量少的可憐，畢竟總的設計負荷是有限的，安裝再多充電樁，他們的充電功率都是共享的，數(shù)量再多也沒有意義。
所以，當前限制電動汽車快充發(fā)展的最大障礙，不是電氣技術(shù)，而是基建。當然，在新基建的政策推動下，以國內(nèi)強大的電力基建實力，相信這些問題會隨著時間迎刃而解。
毫無疑問，直流快充是目前電動汽車補能的最重要手段，同時也是各大車企重點布局的方向。近日，小鵬汽車官方發(fā)布了多項戰(zhàn)略規(guī)劃，其中包括將推出國內(nèi)首個量產(chǎn)800V高壓SiC平臺。據(jù)小鵬汽車介紹，該平臺最高支持600A電流輸入，電驅(qū)效率大于95%，并可以實現(xiàn)充電5分鐘，補充200km續(xù)航里程的能力。
在快充之后，小鵬還推出了自研儲能充電技術(shù)，一次儲能能滿足30臺車不間斷充電，并支持大功率超充。 其實車端的800V電壓平臺早在2019年就在保時捷Tycan上就已經(jīng)實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，不過當時Tycan上的800V平臺并沒有完全應用SiC器件，在功率模塊上還是采用了硅基IGBT。所以小鵬這次宣布將推出國內(nèi)首個量產(chǎn)800V高壓SiC平臺，或許意味著SiC技術(shù)在電動汽車高壓快充中的應用將迎來爆發(fā)期。
800V平臺SiC必不可少
去年以來，各大車企紛紛布局800V及以上高壓平臺，包括吉利的SEA浩瀚架構(gòu)、廣汽埃安的880V/480kW平臺、比亞迪e平臺3.0、通用 UItium 平臺、現(xiàn)代 E-GMP 架構(gòu)、還有預計在年內(nèi)交付的Lucid Air 900V架構(gòu)等等。
而從目前的趨勢來看，大多數(shù)業(yè)內(nèi)人士普遍的觀點是，未來電動汽車主流將會分為400V與800V兩套系統(tǒng)，400V適用于中低端小型車，而中高端車型在未來將會更多地應用800V平臺。 而對于800V及以上高電壓平臺中，電機逆變器是最關鍵部件之一。目前400V平臺中搭配的逆變器基本采用硅基IGBT作為核心，隨著電壓提升，采用SiC器件的整體效率提升就越明顯。
對于逆變器而言，800V高壓平臺下使用SiC MOSFET會比傳統(tǒng)的硅基IGBT整體系統(tǒng)效率提高8%。與此同時，在相同功率前提下，采用SiC器件的模塊尺寸和重量相比傳統(tǒng)硅基模塊大幅縮小，甚至可以令開關損耗降低75%。這對于輕量化與節(jié)能需求極大的電動汽車可以說是剛需。
在市場方面，有調(diào)研機構(gòu)預計到2022年，SiC在電動汽車中的市場空間將增長到24億美元，這是2017年車用SiC整體收入的300多倍。
SiC龍頭企業(yè)Wolfspeed（原Cree）預計，SiC逆變器能為電動汽車提升5-10%的續(xù)航，并節(jié)省400-800美元的電池成本，即使減去由于采用SiC器件所增加的成本（200美元），依然具備成本優(yōu)勢。
800V普及還有兩大難題擺在面前
為了應對未來電動汽車對于SiC器件的需求，在近兩年如羅姆、Wolfspeed、ST、英飛凌、瀚天天成、天科合達等海內(nèi)外企業(yè)都在加緊布局SiC擴產(chǎn)計劃。據(jù)了解，小鵬汽車的SiC供應商正是英飛凌。
2019年5月，Wolfspeed宣布在未來5年內(nèi)投入10億美元，在北卡羅來納州建造一座采用最先進技術(shù)的自動化200mm SiC晶圓工廠和一座材料工廠，以擴大SiC產(chǎn)能。 ST在去年2月以1.4億美元收購了瑞典SiC晶圓制造商Norstel AB。ST表示在完成這次交易后，將在全球產(chǎn)能受限的情況下控制部分SiC器件的整個供應鏈。
國內(nèi)廠商方面，天科合達的第三代半導體碳化硅襯底產(chǎn)業(yè)化基地建設項目2020年8月在北京市大興區(qū)順利開工，總投資約9.5億元人民幣，新建一條400臺/套碳化硅單晶生長爐及其配套切、磨、拋加工設備的碳化硅襯底生產(chǎn)線，項目計劃于2022年年初完工投產(chǎn)，建成后可年產(chǎn)碳化硅襯底12萬片。
同樣在去年8月，三安光電宣布收購北電新材，后者2019年投資了5.8億元在福建建設產(chǎn)能為3.6萬片SiC襯底的項目。 去年11月，合肥露笑科技投資100億元建設SiC設備制造、長晶生產(chǎn)、襯底加工、外延制作等產(chǎn)業(yè)鏈的研發(fā)和生產(chǎn)基地。 但即便如此，SiC的生產(chǎn)依然存在一定瓶頸，比如原料晶柱的質(zhì)量不穩(wěn)定等。
有業(yè)內(nèi)人士認為，SiC基板的開發(fā)是所有企業(yè)都在著力解決的最大瓶頸之一，SiC基板和傳統(tǒng)的硅晶有很大不同，處理SiC要從設備、工藝、處理到切割的一切都需要另外進行開發(fā)。
而目前市面上的SiC晶圓大多是4英寸和6英寸，全球只有英飛凌、Wolfspeed、ST、Soitec、羅姆、II-VI、以及國內(nèi)的爍科晶體能生產(chǎn)8英寸SiC晶圓，但其中能夠大規(guī)模量產(chǎn)的屈指可數(shù)。 加上在生產(chǎn)過程中的周期長、良率難控制，這些因素加起來導致了SiC價格持續(xù)處于高位。當前SiC器件的價格可以達到傳統(tǒng)Si器件的4到5倍。
有數(shù)據(jù)顯示，按照特斯拉Model 3上所使用的器件全部更換為SiC后，平均2輛汽車就需要消耗一片6英寸SiC晶圓。而如果特斯拉能達到2022年交付量100萬輛的目標，那么僅特斯拉一家車企就消耗50萬片SiC晶圓。要知道，目前全球SiC晶圓的年產(chǎn)能才約為40-60萬片，這意味著一家車企就要消耗當前全球SiC晶圓的所有產(chǎn)能。
所以，對于800V高壓平臺的一個不確定因素是，SiC產(chǎn)能問題。另一方面，在充電樁端，其實也存在一定限制。 目前我國通用充電樁最大支持750V/250A輸出，即187kW輸出，到了實際應用上還大概率達不到這個理論峰值。不過國內(nèi)大功率ChaoJi充電的新標準也即將進行推廣，可以實現(xiàn)1500V/600A，最高900kW功率輸出。
但從特斯拉超充布局的窘境上看，事實上大功率充電樁的布局遠不是成本以及充電樁技術(shù)這么簡單。 最根本的原因是電力基建不能滿足快充樁的用電需求。以廣州白云賓館為例，建筑的電力設計負荷為3120kW，如果裝了兩個小鵬汽車未來推出的480kW充電樁，那么這兩個充電樁工作時就已經(jīng)消耗了整個賓館總負荷的三分之一，這是運營方無法接受的。
這你就能理解，為什么高速服務站上，可用的快充樁數(shù)量少的可憐，畢竟總的設計負荷是有限的，安裝再多充電樁，他們的充電功率都是共享的，數(shù)量再多也沒有意義。
所以，當前限制電動汽車快充發(fā)展的最大障礙，不是電氣技術(shù)，而是基建。當然，在新基建的政策推動下，以國內(nèi)強大的電力基建實力，相信這些問題會隨著時間迎刃而解。
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