繼特斯拉之后，最近另外兩家車企——日產(chǎn)（Nissan）和廣汽埃安也發(fā)布了下一代電驅(qū)系統(tǒng)。記者注意到，三家車企在談及新電驅(qū)系統(tǒng)時(shí)不約而同地提及了第三代半導(dǎo)體碳化硅的應(yīng)用價(jià)值。
廣汽埃安方面表示，已深度介入碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)，圍繞碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈布局，從芯片布局、均流一致性、縮小芯片開關(guān)延時(shí)、疊層功率回路設(shè)計(jì)等方向進(jìn)行突破。
碳化硅助力電驅(qū)做小
3月9日，日產(chǎn)汽車宣布，其已開發(fā)出新一代電動(dòng)動(dòng)力總成“X-in-1”原型機(jī)，其中 X 代表各種動(dòng)力總成部件，純電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是“3合1”方案，將電機(jī)、逆變器和減速器集成在一起。而特斯拉此前也宣布，將下一代自研電驅(qū)將實(shí)現(xiàn)減重20%，減少25%稀有金屬的使用，體積縮小75%，并不再使用稀土材料。對(duì)于把電驅(qū)做小這件事情，廣汽埃安直接將新發(fā)布的高性能集成電驅(qū)技術(shù)群命名為“夸克電驅(qū)”。
小電驅(qū)與大功率的兼得已成車企追求的主流，對(duì)于何以能把電驅(qū)做小，據(jù)日產(chǎn)介紹，采用碳化硅是關(guān)鍵技術(shù)之一。其能夠提高性能、降低損耗、縮小體積，并且降低噪音和振動(dòng)。
記者從業(yè)內(nèi)人士處了解到，碳化硅用在車用逆變器上，在相同功率等級(jí)下，全碳化硅模塊的封裝尺寸顯著小于硅模塊，同時(shí)也可以使開關(guān)損耗降低75％（芯片溫度為150°C）。在相同封裝下，全碳化硅模塊具備更高的電流輸出能力，支持逆變器達(dá)到更高功率。
目前，除了上述三家車企外，豐田旗下bZ4X、Mirai、Prius以及雷克薩斯RZ也都已采用碳化硅技術(shù)，此外本田、福特、大眾等也已開始應(yīng)用碳化硅方案。國(guó)內(nèi)車企中，比亞迪漢、唐四驅(qū)等旗艦車型上已使用碳化硅模塊，蔚來(lái)旗下ET7、ES7、ES8、EC7等車型也已經(jīng)用上碳化硅電驅(qū)系統(tǒng)，小鵬旗下G9亦采用了碳化硅器件。
蔚來(lái)汽車功率半導(dǎo)體設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、高級(jí)總監(jiān)李道會(huì)此前介紹稱，蔚來(lái)今年要發(fā)布幾款新車，已公布的新型ES8和EC7都是用碳化硅模塊。目前在車上直接用的是國(guó)外生產(chǎn)的模塊，沒(méi)有充分發(fā)揮碳化硅器件的性能。蔚來(lái)已經(jīng)建立了開發(fā)碳化硅器件的能力，也在電驅(qū)方面建立了全套自主開發(fā)和量產(chǎn)能力，希望最終由國(guó)產(chǎn)的芯片供應(yīng)商來(lái)完成相關(guān)碳化硅器件的供應(yīng)。
國(guó)產(chǎn)化正推進(jìn)中
特斯拉在投資日上指出，作為動(dòng)力系統(tǒng)關(guān)鍵部件的碳化硅晶體管價(jià)格昂貴。記者了解到，特斯拉Model 3逆變器集成了意法半導(dǎo)體的碳化硅MOSFET的功率模塊，每輛汽車總共有48個(gè)碳化硅MOSFET裸片。按照這個(gè)數(shù)量計(jì)算，平均2輛Tesla的純電動(dòng)車就需要一片6英寸碳化硅晶圓。6英寸碳化硅晶圓零售價(jià)目前為750-900美元。
然而，這仍沒(méi)有阻擋車企蜂擁碳化硅技術(shù)。業(yè)內(nèi)人士告訴記者，碳化硅模塊體積小利于封裝和集成，相較IGBT模塊，碳化硅模塊能為整車節(jié)省約5%能耗。盡管在單個(gè)晶體管價(jià)格較高，但是從整體的集成效果來(lái)看，碳化硅器件能夠提供更加優(yōu)秀的性價(jià)比和集成的可能性。據(jù)日產(chǎn)介紹，與 2019 年的水平相比，這次發(fā)布的新一代電驅(qū)系統(tǒng)，到2026年的開發(fā)和制造成本將降低30%。
目前，如何加快碳化硅功率器件“上車”是產(chǎn)業(yè)界目前熱議的話題。繼新能源汽車充電器之后，碳化硅器件“上車”應(yīng)用的下一個(gè)風(fēng)口是電驅(qū)，這方面的國(guó)產(chǎn)化正在推進(jìn)中。
中國(guó)電子科技集團(tuán)首席專家、寬禁帶半導(dǎo)體電力電子器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任柏松對(duì)記者表示，在車載充電器領(lǐng)域，碳化硅MOSFET的滲透率已很高。電機(jī)控制器將是近幾年碳化硅MOSFET要更高速發(fā)展的關(guān)鍵因素，目前雖然市場(chǎng)滲透率還不是很高，但是這個(gè)領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模巨大，已經(jīng)成為碳化硅MOSFET最大的應(yīng)用市場(chǎng)。
柏松認(rèn)為，國(guó)產(chǎn)碳化硅器件還需要解決高可靠性等問(wèn)題，里面涉及設(shè)計(jì)、制造、封裝的環(huán)節(jié)，需要技術(shù)鏈上下游合作，共同推進(jìn)技術(shù)的成熟和應(yīng)用。
