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2023中国汽车半导体产业发展分析报告5:碳化硅(上)

2024年3月3日
  • 编辑:Ana Hu
  • 中国出海半导体网

 

不久前,由中国汽车技术研究中心有限公司、《中国汽车报》联合爱集微咨询有限公司发布的《中国汽车半导体产业发展白皮书2023》出炉,这份报告是在对几十家半导体企业进行调研分析之后完成的。中国出海半导体网将为您解构此份报告,前两期的分享中我们看到报告的总览,以及2023年汽车IGBT板块的表现情况

本章内容中,我们将探究2023年汽车SiC板块的表现情况,同样地,将从三个部分来进行展示:SiC在新能源汽车中的主要应用、全球新能源汽车SiC市场规模及预测,以及国内SiC产能及供需梳理。今天的内容是章节的第一个部分。

本部分主要探讨了碳化硅(SiC)在新能源汽车中的应用,着重分析了在不同平台下绝缘栅双极晶体管(IGBT)和SiC的应用选择。在400V电压平台,IGBT由于性能与成本的双重优势,是绝大部分中压平台车型的首选。然而,随着新能源汽车发展,800V平台成为车企的重点,而SiC在这一平台下的优势开始凸显,尤其在提高电压平台时,SiC的转换效率大幅提升,虽然成本、供应量和良率等问题仍是制约SiC大规模使用的挑战。

 

文章还提到SiC在新能源车中的应用优势,尤其在高电压下提供出色的效率和峰值功率,适用于对续航里程和性能要求较高的车辆。尽管SiC的成本相对较高,但其提高的能效带来的整车其他方面成本的节省抵消了这一劣势。新能源车企逐步将SiC应用于OBC、DC-DC和电机控制器等组件,带来的三大优势包括效率提升、器件及整体系统尺寸降低以及舒适度提升。SiC功率器件能使系统效率提升2%~8%,减小整体系统的重量和体积,并消除低频次谐波带来的驱动系统噪音。

 

总体而言,SiC在新能源汽车领域具有广阔的应用前景,虽然面临一些技术和经济上的挑战,但其性能优势和逐步解决问题的努力使其在未来将扮演越来越重要的角色。下面,让我们一同看报告详细内容:

 

  • SiC在新能源汽车中的主要应用

 

(一)不同平台下IGBT与SiC的应用选择

IGBT是绝大部分中压平台车型结合性能与成本考虑的最佳选择。目前,大部分汽车采用400V的电压平台,其对应的功率器件电压600V以上,电流10A以上或频率1kHz以上,在该电压范围内,IGBT具备性能与成本的双重优势。

随着新能源汽车发展至今,800V平台也是各家车企重点推进的方向,当电压平台提升至800V,Si-IGBT开关/导通损耗急剧升高,而SiC在800V平台下优势凸显,转换效率相比Si-IGBT大幅提升,但当前SiC成本高、供应量不足及良率低等问题,也成为制约SiC大规模使用的重要因素.

表1:电动车不同平台下IGBT与SIC的应用选择

1:电动车不同平台下IGBT与SIC的应用选择

(二)SiC在新能源车中的应用优势

IGBT技术通常为中低档车辆提供更具成本效益的解决方案,SiC提供出色的效率和峰值功率,尤其是在较高电压下,适用于非常重视续航里程和性能的车辆,系统成本也更加灵活。每个芯片阻抗更低,可实现出色的效率和热优化。在这些功能的共同作用下,每英里的电池消耗得以降低。虽然SiC的成本高于IGBT,但在许多应用中,这被SiC提高的能效所带来的整车其他方面的成本节省所抵消。

新能源车企首先在可靠性要求相对较低的OBC和DC-DC中应用SiC SBD器件,然后逐步将SiC MOSFET的应用渗透到可靠性要求更高的电机控制器中,新能源汽车系统架构中涉及到第三代半导体功率器件应用的组件包括三大部分:电机驱动器、车载充电机(OBC)/非车载充电桩、电源转换系统(车载DC/DC)。

SiC功率器件有以下三大优势:

  • 效率提升:SiC功率器件能使系统效率提升2%~8%,尤其越是处于频繁开关/频繁刹车、加速的工况下,获得的效率优势越高,效率的提升意味着更加节能。
  • 器件及整体系统尺寸降低:SiC功率器件具有体积小、散热需求低等优势,有助于简化整体电路的热处理系统,明显降低整体系统的重量和体积。
  • 舒适度提升:SiC功率器件开关损耗低,使得系统可以提升开关频率,有助于消除低频次谐波带来的驱动系统噪音。

表2:SIC在新能源车中的应用性能优势

表2:SiC在新能源车中的应用性能优势

基于SiC性能的优势,目前SiC SBD,SiC MOS单管在车载OBC,DC-DC等领域率先用,高端车型主驱部分采用SiCmOSFeT模块。

表3:电动车不同单元对于SIC器件的要求

表3:电动车不同单元对于SiC器件的要求

 

下期预告:

全球新能源汽车SiC市场规模及预测