据Yole数据,电动汽车和汽车充电桩为碳化硅第一大应用市场。预计到2027年,碳化硅器件在电动汽车和汽车充电桩上应用,全球市场规模将分别达49.86亿美金和 1.35 亿美金,两者之和占市场总规模的81.32%。
碳化硅 SBD 和碳化硅 MOSFET 可应用于电动汽车主驱逆变器、OBC、DC/DC以及充电桩等产品中。自 2019 年 Tesla 首次将碳化硅器件(供应商:STM)应用于其 Model 3 车型上,碳化硅便正式开启了上车之路。自 2021 年以来,国内自主品牌车企纷纷在其新车型上应用碳化硅器件,如蔚来汽车ET5 和ET7(主驱,自研模块,晶圆从安森美采购),吉利SMART精灵(主驱,供应商:芯聚能)、小鹏G9(主驱,供应商:英飞凌)、比亚迪海豹(主驱,自研自产模块,部分晶圆外购)等。
碳化硅将提升电动汽车续航能力和缩短电动汽车充电时间。相较于燃油车,电动汽车消费者对当前有限的续航里程和相对漫长的充电时间常常感到焦虑。虽然车企在动力电池、BMS、电机、电控和 OBC 等产品技术上做了很多优化和提升,但相比燃油车,续航里程受限和充电时间长是电动汽车推广的两大痛点。
续航里程。相比硅基IGBT,碳化硅MOSFET有着众多优点:1)碳化硅在关断时无拖尾电流,可以降低损耗;2)碳化硅的高开关频率特性,不仅可降低损耗,由于对散热效率要求相对低,还可减轻和驱动零部件和散热零部件重量和体积,周边器件的成本随之降低;3)在车辆匀速和轻载情况下,因为低损耗,可提升5%-10%的续航里程。另外,采用800V高压平台的电动汽车,同等功率下,系统电流可以比400V电压平台更小,故高压线束直径可以做的更细,线束重量和体积可以更小,电动汽车变的更轻,续航能力也会得到相应提升。
碳化硅在电动汽车上各产品应用
市场规模预测2021-2027(百万美元)
21447c0f72d84804ae5f6fbfbaab85f1~noop.image?_iz=58558&from=article.jpg
数据来源:Yole,华福证券研究所
充电时间。汽车充电桩一般分为交流慢充和直流快充。
交流慢充指的是电动汽车通过公共或个人充电桩,需要借用车载充电器(OBC)交直流转换给汽车充电。交流慢充的优点是成本低,电池损耗慢;缺点是充电时间长,充电时间长短取决于OBC的额定功率(常规在3kW-9kW)。目前OBC主要采用硅基IGBT或SJ MOSFET方案,电池充满电时间一般需要4-8小时。相比之下,碳化硅MOSFET可以耐受更高电压,使得OBC拥有更高的额定功率。例如采用意法半导体的碳化硅技术,可以将OBC的额定功率提升至22kW 甚至更高,充电时间可以大大缩短。
直流快充是指充电桩自身内部实现交直流转换模块,无需借用OBC,将电网或储能设备中的交流电转换成直流电,直接给汽车充电。直流快充功率取决于充电桩自身输出功率和BMS(电池管理系统),如电池电压升级至 800V,直流快充功率通常将超过120 kW,碳化硅器件的高功率特性即可有其用武之地,进而提高充电效率和缩短充电时间。
另外,800V动力电池平台相比400V动力电池平台,在相同的系统电流和高压线束直径下,电池的充电时间或将缩短一半。
图表 49:碳化硅对电动汽车充电时间的影响
a78e0d5258234b2a9d9f23fb3a8d9b0c~noop.image?_iz=58558&from=article.jpg