高壓快充陸續(xù)“上車”，碳化硅器件成香餑餑，成本下降打開市場滲透率
方正電機、金田股份、藍海華騰也在800V方面有所布局。方正電機基于800V碳化硅平臺等驅動電機，目前已有客戶項目定點，正在開發(fā)之中，預計將于2022年第三季度量產(chǎn)。此外，金田股份研發(fā)生產(chǎn)的800V高壓電磁扁線產(chǎn)品已通過部分車企認證，是國內(nèi)極少數(shù)具備800V高壓平臺電磁扁線量產(chǎn)能力的廠家。另外，藍海華騰與國內(nèi)大型主機廠已經(jīng)在規(guī)劃高壓800V系統(tǒng)，SIC項目正在進行預研，目前已開發(fā)800V高壓的IGBT。
從不同的實踐來看，高壓快充能夠在更寬范圍內(nèi)實現(xiàn)最大功率充電，更能匹配未來快充需求。高壓快充能夠有效解決電動車里程焦慮、快速充電問題，已成為未來補能技術演進新趨勢，相應的800V高電壓平臺車型及高壓大功率超充網(wǎng)絡正處于加速布局階段。
根據(jù)測算，2025年，國內(nèi)搭載800V架構的新能源汽車99.9萬輛，3年CAGR=270.9%，全球搭載800V架構的新能源汽車215.3萬輛，3年CAGR=189.2%。
“上車”高壓需要“系統(tǒng)工程”
與新能源車未來主流的技術路線到底是純電，還是混動一樣，在純電動汽車補能領域里，也一直存在著技術路線之爭——究竟是800V高壓平臺“超充”還是換電模式。
有消費者為了“賭未來”選擇了可以換電，也可以充電的純電動汽車，那為何不能有人購買既可實現(xiàn)800V“充電5分鐘、續(xù)航200公里”，同時兼容400V平臺充電的高壓平臺車型呢？
一旦三五年后，大部分充電樁都支持 800V 高壓、高功率充電，此時選購的所謂“期貨”產(chǎn)品，無異于是走在大部分用戶的前列。怕只怕，在短短的三五年內(nèi)，新能源汽車行業(yè)有新的技術誕生，讓用戶購買的“期貨”成了落后產(chǎn)品。
“之前，純電動汽車的高壓系統(tǒng)，幾乎都是400V，只因為電控的核心元件，硅基 IGBT 普遍承受不了太高的電壓，同時考慮其它元器件的耐受程度而定。”張羽強調(diào)，車輛從400V轉向800V高壓平臺是一項“系統(tǒng)工程”。
盡管目前，硅基 IGBT已經(jīng)可承受超過1000V的高電壓，但考慮到耗損低、高頻好等特性，800V高壓平臺車型普遍以SiC（碳化硅） MOS代替硅基 IGBT，“要知道，SiC元件要比普通的硅基IGBT貴上至少3倍?！?/span>
他打趣說道，即便800V高壓平臺能讓整車工作電流減半，有利于節(jié)省線材、銅料。但節(jié)省的線材、銅料價錢，甚至不足以填上SiC 相比 IGBT高出的差價，“800V高壓平臺能讓車輛輕量化，但降本增效還得打個問號?！?/span>
除此之外，車輛電池包高壓系統(tǒng)迭代為800V時，整車匹配的電機、電控、空調(diào)系統(tǒng)等等，都需要相應匹配到800V電壓下工作，以獲得最高的工作效率、能量轉換效率。
因此，對整車零部件供應鏈而言都是一大挑戰(zhàn)，大量新的元器件、電氣設備需要與新的技術平臺磨合，穩(wěn)定性有待驗證。同時，在短期內(nèi)造成供應鏈成本上漲，最終將體現(xiàn)在售價上。
800V高壓快充激活SiC市場
800V高壓平臺加速落地，2022-2023年快速上量有望激活SiC一池春水。800V高壓快充平臺為解決里程焦慮的破局者，國內(nèi)外車企從2021年起掀起一輪800V平臺車型發(fā)布潮，國內(nèi)造車新勢力及傳統(tǒng)汽車廠商旗下的智能電動品牌紛紛入場，以搶攻大功率快充高地。伴隨高壓平臺逐漸落地，具有耐高壓、低阻抗、無拖尾電流等優(yōu)勢的SiC有望成為首選。
原料降價疊加優(yōu)異性能，SiC有望突破成本藩籬，SiC MOSFET或將于2023H2達到價格甜蜜點，帶動更多車端逆變器應用。
基于碳化硅電驅動系統(tǒng)可降低4.43%的典型城市工況行駛電耗的假設，由于Si方案提高續(xù)航需增加電池容 量并在一定程度上增加電耗，因此若等效SiC方案的續(xù)航，Si方案需明顯提高電池容量，從這一方面來看SiC方案可以節(jié)約電池容量擴大所帶來的成本提升。若SiC晶圓價格年降10%左右，則有望在2023H2獲得正的成本節(jié)約值，SiC MOSFET 6寸晶圓價格3518美元/片時整體效益達到平衡。
此外，我們也進行了行駛電耗降低4.43%情況下不同電池容量及續(xù)航里程情況下碳化硅方案成本節(jié)約測算。在2022年的SiC和Si的單車成本差距水平下，電池容量在70kWh以上的車型如果系統(tǒng)效率提升可達6%以上，SiC方案會更具有成本優(yōu)勢；2023年疊加原材料價格下降的趨勢，系統(tǒng)效率提升4%以上即可使得提效節(jié)約的成本覆蓋SiC器件成本。
需求測算假設：由于行業(yè)對800V滲透率意見不一，我們參考NE時代給出的800V滲透率并給予一定浮動，后文我們將在其他應用測算的市場空間合計基礎上，給予各車型800V滲透率±15%的彈性測算，提供國內(nèi)碳化硅器件整體區(qū)間指引。
碳化硅坐上新能源快車
早在2022年初，派恩杰創(chuàng)始人黃興黃總就在公開采訪時表示，因為整個新能源和光伏風電儲能市場的爆發(fā)，功率半導體供應短缺嚴重，不僅是體現(xiàn)在IGBT上的短缺，也體現(xiàn)在碳化硅功率器件上。
IGBT缺貨對于碳化硅來說是個機會，更多客戶愿意更早更快的去導入碳化硅。也預測2022年，是碳化硅行業(yè)是上量爬坡的一年。
特別是在汽車應用這個領域，目前根據(jù)一些車廠的做法，基本上2-3輛車就會用一片6寸碳化硅晶圓，如果一家車廠的年銷量是20來萬輛，就需要10萬片晶圓，平均月需求8000-9000片，而目前來，全球最大的碳化硅代工廠也沒有這樣的產(chǎn)能。
近期，特斯拉上海超級工廠擴建的事件也成為行業(yè)人士重點關注的話題。此前，有不少消息傳出，由于銷量不斷增長，特斯拉將在中國建設第二工廠，但最新消息稱從特斯拉內(nèi)部相關人士處獲得的準確消息是“是擴產(chǎn)，非第二工廠”。
即便如此，據(jù)多個信息交叉顯示，特斯拉已明確計劃上海工廠擴產(chǎn)，今年將增加45萬輛的年產(chǎn)能。
據(jù)報道，2021年特斯拉在全球的交付量為93.6萬輛，上海超級工廠共交付車輛48.413萬輛，擔負了特斯拉全球銷量的一半以上。4月底，特斯拉發(fā)布了2022年1季度財報。數(shù)據(jù)顯示一季度交付新車310048輛。特斯拉CEO埃隆·馬斯克曾多次強調(diào)擴大產(chǎn)能是公司的核心決策。特斯拉計劃盡快提高產(chǎn)能，在未來幾年，預計汽車交付量將實現(xiàn)50%的年均增長。
近日，又有媒體爆料，“特斯拉不僅會擴建二期工廠，還有三期工廠計劃，將特斯拉上?？偖a(chǎn)能提高到200萬輛”。
對于特斯拉擴產(chǎn)的情況，化合物半導體雜志的主編陸敏先生在朋友圈寫到：如特斯拉總產(chǎn)能從當前50萬輛提升到200萬輛，對應碳化硅襯底需求接近100萬片/年。
雖然對于200萬輛的預期，特斯拉內(nèi)部相關人士表示說“我們目前離100萬輛產(chǎn)能都差一截，200萬輛哪有那么容易”。但目前可見的二期擴產(chǎn)帶來的碳化硅需求增長將超過15-20萬片。
國內(nèi)汽車市場今年來碳化硅車型也開始集中上市，除了已量產(chǎn)的比亞迪漢外，蔚來ET7已推出市場，小鵬G9將于今年年內(nèi)上市，吉利與梅賽德斯合作的smart精靈#1也已經(jīng)開始預售。
與此同時，光伏、風電及消費電源等市場也進入需求旺盛期。
雖然目前全球碳化硅襯底及晶圓都已進入快速擴產(chǎn)周期，不久前wolfspeed位于美國紐約州莫霍克谷（Mohawk Valley）的8英寸 SiC 制造工廠也已正式開業(yè)，但也有業(yè)內(nèi)人士對記者表示，“根據(jù)之前負責的多個產(chǎn)品遷移到大尺寸晶圓生產(chǎn)線的經(jīng)歷來看，新的晶圓生產(chǎn)線磨合時間大多超過預期，良率和成本往往也需要更長的時間來達到前期規(guī)劃”。
國內(nèi)市場，目前可以看到國內(nèi)SiC行業(yè)發(fā)展還是略慢于國外，而且SiC產(chǎn)業(yè)鏈本身也沒有Si的成熟，加工制造和設計開發(fā)的難度也比Si基的大，目前國內(nèi)能提供高質(zhì)量SiC MOS芯片的企業(yè)還屈指可數(shù)。
目前，國內(nèi)襯底端仍處于6英寸襯底良率、產(chǎn)能爬升階段，其次從芯片廠商角度，設計公司還要看代工產(chǎn)能情況，受限于能分到的代工產(chǎn)能，芯片IDM廠家實際可實現(xiàn)穩(wěn)定批量生產(chǎn)的企業(yè)也寥寥，此外SiC MOSFET 和二極管通過車規(guī)級驗證也是一個較高門檻。上述種種因素累加，可以預見未來較長一段時間內(nèi)碳化硅芯片也將出現(xiàn)較大缺口。
如此看來，當前情況對國產(chǎn)碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈來說，是危也是機。國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)步入擴產(chǎn)快車道，需抓住時間窗口期，不斷提升技術能力，沉淀內(nèi)力。快速實現(xiàn)國產(chǎn)器件上車，提高國產(chǎn)替代能力！
