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碳化硅革命与800V纯电的真伪“罗生门”

2023-08-16来源:网络阅读: 1906


路特斯怎么也没想到,Eletre因为碳化硅“断供”出现的交付震荡,却意外将电动汽车“真、伪800V平台”的罗生门给推开了。

「别的车不断供,你们的零部件为什么断供?」
路特斯的车主APP中,车主们的「质疑声」一个接一个。先是车主“皮特徐”自发帖:自己订购的ELETRE出现交付期延长。被官方工作人员告知:由于排产原因导致产品无法如期交付。再是有车主挖到断供的原因:ELETRE 800V架构中的核心组件“碳化硅”在上游产能不足导致产品无法如期下线。
尽管路特斯的客服与技术专家一再努力回答群里众车主不断抛出的问题,却还是无法对车主如泉水抛出的质疑面面俱到。直到在看到那条「比亚迪、小鹏、阿维塔都是800V的车,给人家供货,不给路特斯供货,分不清贵贱的供应商真是说不过去」的评论,路特斯售后客服李科简直要被怼哭了。
从4月开始,在路特斯的车主群里,因为交付问题,时有人喊着“要退款”,也有人喊着“再等等”。面对订单如今也提示延期,皮特徐的手指在路特斯车主APP界面上徘徊了一遭,但还是选择关掉了界面,尽管还有些疑问,但他还是想再等等看,因为律师出身的
皮特徐是个“逻辑控”,在关注800V和碳化硅以后,他还有些问题没有搞懂。
从2019年,自保时捷推出首台采用800V高压平台的纯电动车Taycan后,电动车800V概念似雨后春笋般在电动车市场涌现。这让从开始下订ELETRE的
皮特徐一直不解,原来以为可能要上百万产品的技术亮点,怎么这么快就在几十万的电动车上普及了?
为了确认自己选择产品具有“技术优先性”的
皮特徐在订车后的2个月里,一直关注社交群里看别人有关800V高压平台的讨论,听很多已经购买不同产品的车主探讨有关800v平台充电速度与实际加速快慢的问题。
这期间。皮特徐了解到,电动车企业青睐800V高压平台的核心好处主要有两个:

1、可以降低电动车的能耗,增加续航能力;

2、配合大功率充电桩,缩短充电时间,让车更快充满电。同时也明白了800V高压平台与碳化硅的关系即:800V架构通过搭载碳化硅功率元件,可以让电机实现更强的动力输出,同时保持更持久的大功率输出。
顺藤摸瓜皮特徐还得知,自2年前电动车市场进入800V平台的市场元年,碳化硅的应用和发展已经进入革命性时代,只不过碳化硅功率元器件市场需求的爆发其实更早,尤其是碳化硅供应链出现全球性短缺,并非今天才面临的问题。
这些信息也让他更疑惑:上游原材料市场紧张情况很早,且路特斯已经出现断供,为什么其他电动车品牌却能交付?这些品牌难道不知道碳化硅产量有限?眼下大多数800V产品的碳化硅是从哪来的?同样都是800V,各家的产品到底有什么不一样?
只是求知心切的皮特徐没想到,自己对断供事件的盘根问底却意外挖出一个不被人知的行业乱象。

1碳化硅短缺是常规现象
「在没做足功课之前,还以为碳化硅是因为电动汽车热才热起来的。」皮特徐开玩笑说道:如果早两年知道碳化硅的趋势,我的自选股里一定要加几只相关行业的股票,那样的话用不了1年,我买车的钱早赚回来了。
有统计数据显示,2025年全球电动车市场对碳化硅晶圆需求会达到169万片,市场规模将达 15亿美元,2019-2025 年间的复合年增率 (CAGR) 为 38%。是资本市场眼中名副其实的高增长行业。
作为硬度仅次于金刚石,且耐高压、高温的极具发展潜力的高硬脆性半导体材料「碳化硅」其实无需新能源汽车的催化,在光伏、风电、轨交电网等领域也早就火出边界了。

考虑不同的特点属性,碳化硅在不同市场领域中的用途也不尽相同。在航空航天、军工、医疗、数字集成电路等领域,碳化硅都有独特的用途。例如性能刹车片、发动机叶片、着陆齿轮箱和机身结构的材料里都离不开碳化硅材料。
在新能源汽车领域,目前行业所提的碳化硅主要是碳化硅芯片,主要包括MOSFET芯片、Schottky Barrier Diode芯片、IGBT芯片三种。
在800
V高压平台中涉及的主要是碳化硅基 MOSFET也是目前行业中相对稀缺的碳化硅。
2018
年,当特斯拉率先在 Model3 上应用碳化硅材料后。《GaN 世界》的一篇报道曾指出一个问题:按照平均2辆Tesla的纯电动车就需要一片6英寸碳化硅晶圆的速度计算,2022年特斯拉需要46万片。

但从当时实际数据看,2021年全球碳化硅晶圆总年产能仅在40万-60万片,结合业内良率平均约50%估算,当年碳化硅晶圆全球有效产能仅20万-30万片。意味着全世界的产能,都满足不了特斯拉一家电动汽车的使用量。
可是在特斯拉的带动下,很多电动汽车厂商纷纷盯上了碳化硅 MOS的应用。这其中不乏很多国内车企,包括比亚迪的汉EV的搭载;小鹏G9的800V高压碳化硅平台;吉利旗下威睿电动汽车技术有限公司发布600kw超充技术,也在使用碳化硅相关器件……
于是2020年前后,新能源对碳化硅的追捧迎来高潮。
但有一个现实情况,到2022年时,特斯拉的全球销量超过了100万辆,意味着全球碳化硅晶圆总年产能如果不出现爆发式增长,原则上是根本无法满足更多跟进使用碳化硅的车企需求的。
在预判这样的诉求后,包括Wolfspeed、天科合达在内的多家碳化硅龙头大厂纷纷宣布扩产,但即便如此,到2025年,碳化硅产能也只是有望在先前的基础上再提升2倍。且仅限于上游的碳化硅晶片,如果落到下游的碳化硅功率器件上,这个数字还会再减少。
可见碳化硅在高压纯电平台产能不足的问题根本无法回避。
最关键的是,国内碳化硅的良率很低,目前国际龙头企业Cree、Ⅱ-Ⅵ 的良品率大约在60%~70%,而国内企业的良品率只有40%左右。而且主要集中在2-4 寸或许比较容易的晶体,对于6寸的切割会出现翘曲度等系列问题,目前国内整个碳化硅产业仍处在起步阶段。

尽管国内芯片厂商包括东尼电子、天岳先进、天富能源、宇晶股份、甘化科工等国内“碳化硅材料”龙头企业也在进行相关布局,但国内碳化硅的长晶速度慢,与硅基长晶差几十倍,生长效率低,温度也高,技术门槛高,国内碳化硅芯片在实际产品质量上相比国际产品在产能和质量都有巨大的提升空间。
有资料显示:英飞凌、意法、安森美、罗姆、狼速、三菱六家外企就占据全球99%碳化硅的市场份额。
市场缺口大,参与者众多,但目前全球碳化硅的整体年产能也不过40-50万片,覆盖产品总量不超过100万台,这就决定了在未来三年乃至十年的时间中,碳化硅短缺都是一个常规现象。
也正因如此,马斯克才表示下一代平台会减少75%的碳化硅使用,以降低成本方面的使用。

2真假800V的技术之争
在第三代半导体产业中,碳化硅可谓一片难求。为何在需求量不断增大的国内新能源汽车市场中,在已经布局800V架构的企业口中却很难听到碳化硅“短缺”的消息。
对于一辆新能源汽车来说,碳化硅的应用集中在充电桩、车载充电机、电驱系统三部分。
作为一款功率器件,碳化硅比起传统的半导体硅材料,可以在更高的电压、频率和温度下工作。因此在高压快充之下,碳化硅原则上更适合650伏以上电压充电。

但目前在行业的约定俗成中,800V高压平台却不是严格意义上的数字标尺,尤其是在新能源汽车充电领域中,800V高压系统通指整车高压电气系统电压范围达到550至930V的系统,统称800V系统。
因此很多车企,在宣扬自己800V产品的时候,实际上都只是钻了800V产品的空子。(这里不提名批评)
目前,市场中有很大一部分标榜着800V架构平台的电动汽车,虽然顶着800V高压系统的名号,但只是通过线路改变,元器件的增加进行电压转换,并没有基于800V高压系统进行整体的研发设计,因此也就没有用碳化硅明确代替传统硅基材料的必要。
例如目前业内某量产产品在整车不同区域进行了包括800V(动力电池)、400V、48V和12V(LFP电池)的模块化应用,这种情况下,虽然是名义上800v架构,但却可以极大省略碳化硅的应用。
也就是目前内普遍所称的“伪800V产品”。
此外,从量产时间来看,目前各大车企基于800V系统的新车将于明后年陆续上市,真正800V的产品大年预计要到2024年才问世,因此,终端市场实际对800
V的接受程度,远未到实际交付,所谓众多800V产品尚处在“吆喝”阶段。不久前,在腾势新品上市,比亚迪就意识到行业中有企业存在“伪800v”的这个问题,品牌代表及发言人甚至现场表示“有些企业声称采用800V充电技术,但实际上只能在峰值时刻达到高功率充电,持续时间很短,真正达到800V电压可能只有5至10分钟”。

只不过比亚迪为腾势N7配备了所谓“双枪快充技术”,也就是再加一支充电器来弥补。这种五十步笑百步的做法,间接佐证比亚迪自己其实也存在没有配备高规格碳化硅的可能。
事实上,在真正800V甚至更高水平的平台上,一辆电动汽车的高压元器件标准必须提升,这其中包括逆变器、电驱系统、电能转换等在内的强电链路,都需要从传统的硅基产品均换成碳化硅器件。因此也间接决定,正向800
V高压纯电产品及充电设备的碳化硅用量只增不减。此外,碳化硅在新能源汽车中的采购价值要远比我们想象的大很多。据了解,一辆电动汽车用到的碳化硅半导体器件价值约在1500-2000美元之间,而传统的硅基材料则只需要500美元左右,成本差距在2-4倍。

为了规避成本问题,很多新能源汽车产品不得不采用国产或自研的碳化硅材料。例如比亚迪汉 EV就使用了自主研发并制造的控制模块,在电机驱动器和快速充电器中,优先改善驱动器和充电器的效率问题。小鹏旗下G9则采用了自家投资的上海瞻芯电子科技有限公司旗下的碳化硅器件,受制于技术限制,国产碳化硅芯片相比国际主流芯片,存在问题解决不彻底的同时也暴露出其可靠性与耐久性缺乏有效验证。
这种情况也间接也从另一个层面证实,800
V特高压电车的成本的门槛,不仅眼下,未来很长一段时间都会挡住部分车企无法将高质量碳化硅上车。也间接表明真正打造800V高压平台产品,未来只会在高价值产品中小范围铺开。

3是技术路特斯 还是“方脑袋”路特斯?
不仅是车主,很多人都不解,既然眼下市场中不乏浑水摸鱼者,为什么路特斯却“偏向险种行”不选中庸之道,反而青睐有“断供风险”的高品质碳化硅?
事实上,这与其品牌定位与初期产品设定的逻辑有很大关系。作为超跑品牌,打造性能电动车,路特斯的800V高压系统不仅要满足电池快速充放电的需要,还需要包含所有用电零部件的额定工作电压都可以达到800V左右的水平。
这就间接决定Eletre必须作为目前所有量产产品中,做最大程度上适配800V高压充电,且无需增加多余的元器件的“真800V”产品。

在这套正向800V架构体系下,搭配高性能碳化硅芯片能让车辆的实现峰值功率230KW,将逆变器峰值电流提升495A,以最大限度保证车辆的强劲动力和优异加速性能。
而这套采用碳化硅技术的800V逆变器,虽然成本高,但却能够充分利用碳化硅自身的特性(例如在高温和高压下稳定、出色的性能),让组件更轻、更小、更高效。
在配备碳化硅模块的高功率密度和突出冷却效果下,模块本身也拥有是目前业内相同规格下最强的电流能力。简单说,路特斯想做“最速纯电SUV”,ELETRE就无法脱离高品质碳化硅做支撑。
此外,为了确保最大限度追求“极速”,路特斯对高品质碳化硅的需要还会更旺盛。有知情人透露:路特斯后续的SIC产品会继续往高效率和更优异的出流能力方向发展,其下一代的SIC平台产品WLTC效率还能在原有基础上再做3%以上的提升,其总电流超过600A。

上述人士还透露,目前路特斯碳化硅模块供应来自丹麦,该公司的高质模块不仅是目前市面上最成熟的产品,也是斯达、BYD、基本半导体、中车等公司学模仿的“技术范本”,Wolfspeed提供晶元,受成本制约,目前国内尚无一家车企对该型号高质碳化硅有集采诉求。
而这款在目前市场中,不仅具有高功率密度、高寿命、高可靠性的碳化硅体,还可实现高散热效率的供应件,其出流能力超过目前同规格10%。但由于同品可替代性低,也就间接意味断供风险更大。但也倒逼路特斯把“追求极致”与“交付效率”这道选择题上,答成一道成先满足前者,再快速解决后者的排序题。

作为天生技术与速度“控”,路特斯显然清楚产品品质与产品力的真实价值到底意味着什么。
此前保时捷Taycan在空调压缩机上,使用400V电压,配备DCDC转换器实现切换。就被消费者质疑:只改变线路,元器件的增加进行电压转换,不做整体的研发设计,存在技术欺骗嫌疑。这种对品牌带来伤害无疑是致命的,面对不得已的延期,只是让用户“延迟满足”的问题下,在坚持长期主义经营逻辑下的路特斯,延期也只能是一种无奈的被迫之举。
只是路特斯怎么也没想到,原本只是自己对技术的执拗与坚守,却意外将一个行业乱象公之于众。


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