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比亞迪漢EV實(shí)測(cè)百公里加速3.78秒,特斯拉Model 3高性能版實(shí)測(cè)百公里加速3.63秒。

之所以能跑出如此快的加速成績(jī),最大的功臣非電機(jī)控制模塊碳化硅MOSFET莫屬了,從數(shù)據(jù)來(lái)看,特斯拉確實(shí)比比亞迪要快那么0.15秒。但是大家不要忘了,特斯拉用的是意法半導(dǎo)體的碳化硅MOSFET模塊,而比亞迪用的是自主研發(fā)制造的碳化硅MOSFET模塊,除了比亞迪,全球沒(méi)有任何一家電動(dòng)車(chē)企業(yè)可以自己生產(chǎn)碳化硅模塊。

當(dāng)特斯拉因?yàn)楣?yīng)鏈中斷而導(dǎo)致產(chǎn)能不足的時(shí)候,比亞迪自給自足的優(yōu)勢(shì)就彰顯出來(lái)了,大家可以看一下1-6月兩家的銷(xiāo)量差距,比亞迪賣(mài)了568263輛,特斯拉賣(mài)了198196輛,面對(duì)這個(gè)數(shù)字,不知道那些嘲笑諷刺比亞迪自主研發(fā)是小農(nóng)思想的人,現(xiàn)在還能不能笑得出來(lái)。比亞迪要在2023年就實(shí)現(xiàn)碳化硅器件對(duì)IGBT的全面替代,要知道碳化硅器件的成本約為IGBT的3-5倍,碳化硅器件究竟有多香?能讓比亞迪不惜血本也要實(shí)現(xiàn)全面替代?

大家都知道啊,IGBT相當(dāng)于電力電子領(lǐng)域的CPU,IGBT的好壞,直接決定了電動(dòng)汽車(chē)的加速快慢,最高時(shí)速是多少,能不能秒級(jí)起跑,能不能平滑變速,能不能穩(wěn)定停車(chē),全是IGBT的功勞。

但是問(wèn)題來(lái)了,用的好好的IGBT,為什么市面上突然刮起了一股碳化硅取代IGBT的風(fēng)潮呢?這事就要從特斯拉和意法半導(dǎo)體的合作開(kāi)始說(shuō)起了,英飛凌一直都是特斯拉IGBT的供應(yīng)商,并且占據(jù)了國(guó)內(nèi)IGBT 70%的市場(chǎng)份額。

意法半導(dǎo)體深知自己完全不是英飛凌的對(duì)手,于是便把賭注全部壓在了碳化硅上。經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的實(shí)驗(yàn)和檢測(cè),他們的碳化硅功率器件成功達(dá)到了車(chē)規(guī)級(jí)。當(dāng)務(wù)之急是找到愿意第一個(gè)吃螃蟹的車(chē)企。畢竟碳化硅上車(chē)還未開(kāi)先河,對(duì)于車(chē)企來(lái)說(shuō),安全永遠(yuǎn)是第一位的,大多數(shù)車(chē)企對(duì)于更換器件或器件供應(yīng)商都十分謹(jǐn)慎。但是因?yàn)轳R斯克大膽激進(jìn)的性格,給了意法半導(dǎo)體揚(yáng)名立萬(wàn)的機(jī)會(huì)。一個(gè)敢賣(mài),一個(gè)敢用,兩個(gè)膽子足夠大的人一拍即合,首輛搭載碳化硅功率器件的電動(dòng)車(chē)Model 3就這么橫空出世了。

Model3采用了48顆碳化硅MOSFET,替代了84顆IGBT。要知道在當(dāng)時(shí),一塊碳化硅器件的價(jià)格,要比傳統(tǒng)的IGBT貴十倍左右。在成本控制上非常吝嗇的特斯拉,為什么會(huì)一反常態(tài)舍得花費(fèi)巨資購(gòu)入這么個(gè)小東西呢?其實(shí)真實(shí)情況是意法半導(dǎo)體虧本賣(mài)的這批碳化硅,目的就是為了借特斯拉的流量來(lái)掌控碳化硅市場(chǎng)的主導(dǎo)權(quán),扭轉(zhuǎn)在IGBT領(lǐng)域的頹勢(shì)。

那馬斯克不遺余力地推動(dòng)碳化硅上車(chē),又是因?yàn)槭裁茨?總結(jié)起來(lái)就是一句話:應(yīng)用了碳化硅器件的新能源汽車(chē),可以實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的續(xù)航里程、更短的充電時(shí)間和更強(qiáng)的動(dòng)力性能。

但就在特斯拉沉醉于碳化硅帶來(lái)的性能提升、后續(xù)其他車(chē)型都引入碳化硅MOSFET之后,2023年4月,特斯拉突然宣布召回12.8萬(wàn)輛Model 3,召回原因是車(chē)輛的后電機(jī)逆變器功率半導(dǎo)體存在微小制造差異,這將使部分車(chē)輛使用一段時(shí)間后,逆變器無(wú)法正常控制電流或故障;進(jìn)而出現(xiàn)停車(chē)時(shí)無(wú)法再啟動(dòng),行車(chē)時(shí)失去行駛動(dòng)力的風(fēng)險(xiǎn)。所以這你就知道為什么其他主流車(chē)企,明明都知道碳化硅的好處多多,但就是不敢做第一個(gè)吃螃蟹的人。因?yàn)樘厮估艹惺艿闷鸢踩L(fēng)險(xiǎn)帶來(lái)的后果,可其他車(chē)企承受不起,參考被車(chē)主集體吐槽的一體化壓鑄和剎車(chē)門(mén)就知道了。

目前主流的電動(dòng)車(chē)快充平臺(tái)電壓多為400V,跟現(xiàn)在燃油車(chē)加一次油時(shí)間為5分鐘相比,在這種400V的電壓平臺(tái)下,快充至少也要60分鐘,所以補(bǔ)能焦慮已經(jīng)成為當(dāng)前電動(dòng)車(chē)的最大痛點(diǎn),要想解決此難題,就必須用到能實(shí)現(xiàn)大功率快充的800V高電壓平臺(tái),而原來(lái)的IGBT由于達(dá)到了材料極限,無(wú)法滿足800V平臺(tái)耐高壓、耐高溫的需求,所以具有更強(qiáng)耐壓和耐高溫能力的碳化硅,取代IGBT也就是大勢(shì)所趨了。

但是說(shuō)取代也不是那么容易的事情,因?yàn)殡姵爻杀炯s占整車(chē)成本的40%,IGBT約占8%,碳化硅器件的成本約為IGBT的3-5倍。 如果全部采用碳化硅材料,單車(chē)的功率器件成本將與電池相當(dāng),這樣的成本壓力換哪個(gè)車(chē)企都承受不起。

所以目前碳化硅并不適用于所有車(chē)型,對(duì)長(zhǎng)續(xù)航的中高端車(chē)型來(lái)說(shuō),也并非全車(chē)都用碳化硅,而是部分選用,目前選配碳化硅器件的車(chē)型,基本都是25萬(wàn)元以上的汽車(chē),比如說(shuō)漢EV和唐EV。而對(duì)經(jīng)濟(jì)車(chē)型來(lái)說(shuō),并不適合選用成本高昂的碳化硅器件,而是選用IGBT。至于更多國(guó)產(chǎn)化情況,以SIC核心材料襯底和外延來(lái)說(shuō),是產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)壁壘最高、價(jià)值量最大環(huán)節(jié),占據(jù) 70%的碳化硅器件成本,襯底方面,8英寸SiC 襯底美國(guó)科銳今年已研發(fā)成功,而國(guó)內(nèi)龍頭天科合達(dá)6 英寸實(shí)現(xiàn)規(guī)模化供應(yīng)、8 英寸還處于研發(fā)中。

外延方面,我們有瀚天天成、東莞天域,外延設(shè)備雖然目前被意大利的 LPE 公司、德國(guó) AIXTRON 公司以及日本 Nuflare 和 TEL 公司壟斷,但國(guó)內(nèi)的晶盛機(jī)電,北方華創(chuàng)等企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始小批量生產(chǎn)碳化硅外延設(shè)備,至今雖然仍然在黑暗中徘徊,但前面已經(jīng)能看到依稀的曙光,中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心先進(jìn)材料與結(jié)構(gòu)分析重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳小龍研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)持續(xù)攻關(guān),于2023年10月在自研的襯底上初步生長(zhǎng)出了8英寸SiC晶體,后又成功生長(zhǎng)出了單一4H晶型的8英寸SiC 晶體,晶坯厚度接近19.6 mm,加工出了厚度約2mm的8英寸SiC晶片。8英寸SiC導(dǎo)電單晶研制成功是物理所在寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域取得的又一個(gè)標(biāo)志性進(jìn)展,研發(fā)成果轉(zhuǎn)化后,將有助于增強(qiáng)我國(guó)在SiC單晶襯底的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力,促進(jìn)我國(guó)寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。