上期EV焦點欄目 我們聊了聊電動汽車為什么要上800V，也大致了解了SiC和800V互相成就的關系。今天這期，我們相對放大一下，聊聊SiC在電動汽車上的應用。

在汽車電動化的驅動下，電力電子器件可謂是量價齊升。而電力電子器件的發(fā)展經歷了以晶閘管為核心的第一階段、以MOSFET和IGBT為代表的第二階段，現(xiàn)在正在進入以寬禁帶半導體器件為核心的新發(fā)展階段。

而新一代電力電子器件也同時在推動MOSFET和IGBT的發(fā)展，這也帶動SiC和GaN等寬禁帶半導體的日益普及。

電動汽車則成為了碳化硅的核心應用場景。因此，這期「EV焦點」欄目，我們將再次以電動汽車為焦點，逐步和大家聊聊SiC在電動汽車中的應用趨勢。

我們先通過電動汽車內部電能的流動，了解一下新能源汽車電動化的框架。

「新能源汽車電動化的框架」

首先我們要先知道給動力電池充電的兩種方式。

一種是通過 “快充”口，利用外來的“直流充電樁”直接給動力電池充電；另一種是將電網的交流供給車輛內部的車載充電機（OBC），OBC轉換為直流電。兩者對于動力電池pack而言是進入同一個接口，只是充電電流大小不同。

電動汽車電能應用分兩個方向，一個用于汽車驅動，另一個則用于車身/輔助系統(tǒng)

在驅動端，電能依次流經外部充電設備、車載充電機OBC（當然，只有如上面說的那樣，輸入為交流電流時使用）、接著到電池、逆變器、電機電控、減速箱、車輪，同時通過電池管理系統(tǒng)進行能量管理；

在車身及輔助系統(tǒng)端，電能從電池處流出，經過DC-DC轉換器、低壓電池、輔助系統(tǒng)。

「SiC在EV中的應用發(fā)展」

那么，SiC在其中又呈現(xiàn)怎樣的發(fā)展格局？

SiC器件要比Si器件有著更低的導通損耗、更高的工作頻率和更高的工作電壓等等這些優(yōu)勢這邊就不再贅述了。

考慮到未來電動車需要更長的行駛里程、更短的充電時間和更高的電池容量，在車用半導體中，SiC將會是未來趨勢，SiC 器件在 EV/HEV 上的應用主要包括電機驅動系統(tǒng)逆變器、電源轉換系統(tǒng)（車載DC/DC）、電動汽車車載充電系統(tǒng)（OBC）及非車載充電樁等方面。

電驅動系統(tǒng)作為新能源汽車的“心臟”，直接影響到整車的能源效率、續(xù)航里程等。對新能源汽車整車使用性能具有較大影響。

電驅動系統(tǒng)包括“大三電”即驅動電機、驅動電機控制器、變速器和“小三電”即壓配電盒PDU、車載充電機OBC 和DC/DC 變換器。

在當前集成化趨勢下，電機+減速器+逆變器集成的“三合一”電驅動模塊將成為市場主流。電驅動集成系統(tǒng)將加速SiC器件在電動汽車中的量產落地。

盡管碳化硅器件成本較高，但它推進了電池成本的下降和續(xù)航里程的提升，降低了單車成本，無疑是新能源汽車最佳選擇。其中，SiC SBD、SiC MOSFET 器件主要應用于OBC 與DC/DC，SiC MOSFET主要用于電驅動。

▍主逆變器

主逆變器也就是牽引逆變器，它的作用就是將來自電池的電能（直流電）進行轉換以驅動電動引擎（交流電）。因此，逆變器的性能及對應體積、重量將直接影響車的續(xù)航范圍和可靠性

目前，電動車中的主驅逆變器仍以硅基MOSFET和硅基IGBT為主，但隨著新能源汽車向高集成度、小尺寸、低損耗的系統(tǒng)發(fā)展，SiC 器件將加速滲透。

比亞迪、特斯拉等部分車型已經使用了碳化硅功率器件的電機驅動控制器。

特斯拉處在碳化硅器件應用的前列，其Model 3車型的驅動電機部分搭載了24個650V/100A的SiC MOSFET模塊，車身比Model S減輕了20%。

比亞迪推出的“漢”EV 高性能四驅版本也配備了SiC MOSFET 功率控制模塊，是中國首個采用相關技術的車型。

蔚來在2021 年發(fā)布的純電轎車中，也將會采用SiC 模塊作為電驅動平臺。

相比硅基器件，引入碳化硅后，逆變器輸出功率可增至2.5倍，體積縮小1.5倍，功率密度為原有3.6 倍。

**▍**車載充電機(OBC)

車載充電機(OBC)為電動汽車(EV)的高壓直流電池組提供了從基礎設施電網充電的關鍵功能，并決定了充電功率和效率的關鍵部件。通過使用車載充電器可將電網中的交流電轉換為直流電對電池進行充電。

此外，雙向逆變技術是未來OBC標配的功能之一，使OBC不僅可將AC轉化為DC為電池充電，同時也可將電池的DC轉化為AC對外進行功率輸出；將OBC及DC/DC等器件進行功能集成化將會提高成本上、體積上的優(yōu)勢。

SiC二極管及MOSFET器件則可用于車載充電機PFC和DC-DC次級整流環(huán)節(jié)，推動車載充電機向雙向充放電、集成化、智能化、小型化、輕量化、高效率化等方向發(fā)展

以22kW雙向OBC為例，SiC系統(tǒng)成本與Si相比，減少了15%；同時能量密度是Si系統(tǒng)的1.5 倍，通過減少能耗每年可減少單位成本40美元左右。

**▍**DC/DC轉換器

電源轉換系統(tǒng)DC/DC 是轉變輸入電壓并有效輸出固定電壓的電壓轉換器，實現(xiàn)車內高壓電池和低壓電瓶之間的功率轉換，主要給車內低壓用電器供電，如動力轉向、水泵、車燈等。隨著整車智能化、電氣化的發(fā)展，對DCDC的供電功率及安全性提出了更高的要求。

DC/DC 轉換器分為三類：升壓型DC/DC轉換器、降壓型DC/DC 轉換器以及升降壓型DC/DC 轉換器，車載DC/DC 轉換器可將動力電池輸出的高壓直流電轉換為低壓直流電。

值得一提的是，基于碳化硅研制的功率器件，為氫能汽車燃料電池 DC/DC 變換器帶來革命性的創(chuàng)新。

此外，800v高壓平臺有望為OBC/DCDC帶來新增量。為滿足800v高電壓平臺在體積、輕量、耐壓、耐高溫等方面帶來的更為嚴苛的要求：

首先，OBC/DCDC等功率器件集成化趨勢明顯；

其次，高壓平臺使車載充電機升級需求增加，為高壓OBC提供增量；

再者，為能夠適配使用原有400v直流快充樁，搭載800v電壓平臺新車須配有額外DCDC轉換器進行升壓，進一步增加對DCDC的需求。

日前，羅姆官微公布其SiC MOSFET應用于美國豪華電動汽車制造商Lucid Motors高端純電動汽車“Lucid Air”充電控制主板“Wunderbox”。

Wunderbox由DC/DC轉換器和車載充電器（OBC）組成，分別采用了羅姆的高性能SiC MOSFET“SCT3040K”和“SCT3080K”。利用SiC MOSFET優(yōu)異的高頻和耐高溫性能，Lucid公司實現(xiàn)了系統(tǒng)的小型化和更低的損耗，從而實現(xiàn)了更快的充電速度。

相比傳統(tǒng)基于 IGBT 模塊變換器產品，SiC 基功率器件開關頻率提升4 倍以上、功率密度提升3 倍以上，系統(tǒng)平均效率大于97%，最高效率可達99%。

「結語」

誠然，在新能源汽車上，硅基功率器件具備成本優(yōu)勢，也仍將占據一定市場份額，并與寬禁帶半導體器件長期并存。未來，硅基IGBT模塊及SiC模塊也將成為新能源汽車半導體中的主要應用形式。相對于硅基器件，SiC功率半導體在高工藝、高性能與成本間的平衡，將成為SiC功率器件真正大規(guī)模落地的關鍵核心點。

根據Yole數(shù)據，2021-2027年，全球SiC功率器件市場規(guī)模將由10.9億美元增長到62.97億美元，CAGR為34%；其中電動車用SiC市場規(guī)模將由6.85億美元增長到49.86億美元，CAGR為39.2%，而電動車（逆變器+OBC+DC/DC轉換器）是SiC最大的下游應用，占比由62.8%增長到79.2%，市場份額持續(xù)提升。

碳化硅材料性能上限高，與新能源車高度適配；而新能源汽車市場日益火爆，需求釋放推動碳化硅市場快速增長。在國產替代的需求和政策刺激下，我們也期待國內的SiC企業(yè)能夠承擔起滿足市場需求的重任，迎接SiC“上車”時代的到來。

審核編輯：劉清