2022年碳化硅行業(yè)應(yīng)用趨勢(shì)研究分析

1、2022年碳化硅行業(yè)應(yīng)用趨勢(shì)研究分析1、車載 OBC、DC-DC、PDU開始大規(guī)模應(yīng)用碳化硅車載充電模塊開始大規(guī)模采用碳化硅。動(dòng)力電池電壓平臺(tái)升級(jí)到 800V ， 當(dāng)前的 OBC 、 DC/DC 及 PDU 等電源產(chǎn)品都需要從 400V等級(jí)提升至符合 800V 電壓平臺(tái)的應(yīng)用， SiC 器件由于其優(yōu)異的特性也將開始大規(guī)模的應(yīng)用。碳化硅器件可提升 OBC 效率與功率密度，降低損耗。車載 OBC 采用碳化 硅器件，系統(tǒng)效率可提升 1.5% - 2.0%。器件開關(guān)頻率 x2，減少被動(dòng)器件體 積，提升功率密度（30% - 50%）器件數(shù)量減少，簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，減少 驅(qū)動(dòng)芯片使用量，有望降低系統(tǒng)成本。

2、800V 系統(tǒng)車型，車上需要加裝大功率升壓模塊，廣泛應(yīng)用碳化硅。直流快 充樁原本輸出電壓等級(jí)為 400V，可直接給動(dòng)力電池充電， 但升級(jí)為 800V 后充電樁電壓不再能夠繼續(xù)充電，因此需要一個(gè)額外的升壓產(chǎn)品使 400V 電壓能夠上升到 800V ，進(jìn)而給動(dòng)力電池進(jìn)行直流快充。在此技術(shù)方案下，這個(gè)器件需要能夠滿足大功率充電的功率，因此其價(jià)值量相比傳統(tǒng) DC/DC 要更大，而電源企業(yè)也將充分受益于此升壓 DC/DC 產(chǎn)品的配置。高電壓對(duì) 功率器件提出更高要求，碳化硅將借助耐高壓、耐高溫、開關(guān)損耗低等優(yōu) 勢(shì)在功率器件領(lǐng)域進(jìn)行廣泛應(yīng)用。以 OBC 舉例，從 Si 設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)到 SiC 設(shè)計(jì)，功率器件和柵極

3、驅(qū)動(dòng)的數(shù)量減少 30% 以上，開關(guān)頻率提高一倍以上。降低了功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的組件尺寸、重 量和成本，同時(shí)提高運(yùn)行效率。圖：22kW 雙向 OBC: Si vs SiC車載電源產(chǎn)品主要向集成化、高功率化、雙向化發(fā)展。集成化：通過(guò)將 DC/DC、OBC、電機(jī)、電控器件等集成可以減少車載 電源的占用空間，減少電路板尺寸，降低組裝成本以及 BOM 和 PCB 成本。高功率化：隨著電動(dòng)車?yán)m(xù)航、帶電量的提高，10kW、 20kW 以上的大 功率將成為主流，主要通過(guò)三相交流電技術(shù)。雙向化：雙向 DC/DC 具有效率高、體積小、成本低的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還可 將電池電能對(duì)外輸出，有效提高電能利用率。雙向車載充電機(jī)可以將電

4、池 的電能對(duì)外輸出，實(shí)現(xiàn)車對(duì)車、車對(duì)負(fù)載、車對(duì)電網(wǎng)充電。在車載電源系統(tǒng)中使用 SiC MOSFET能以更高的頻率進(jìn)行開關(guān)，功率密度 更高，能效更高，EMI 性能得到改善以及系統(tǒng)尺寸減小。同時(shí)，再以 22KW OBC 系統(tǒng)舉例，再進(jìn)一步細(xì)化成本結(jié)構(gòu)：盡管相比單個(gè) Si 基二極管 和功率晶體管，分立式 SiC 基功率器件的成本更高。但從系統(tǒng)角度來(lái)說(shuō)， SiC 器件的性能可減少所需元件的數(shù)量，從而降低電路元件成本以滿足支 持各種功率器件功能的要求。綜合測(cè)算，SiC 系統(tǒng)比 Si 系統(tǒng)可節(jié)約近 20% 的成本。除了結(jié)構(gòu)成本節(jié)約之外，SiC 系統(tǒng)在 3 kW/L 的功率密度下可實(shí)現(xiàn) 97% 的峰 值系統(tǒng)

5、效率，而 Si OBC 僅可在 2 kW/L 的功率密度下實(shí)現(xiàn) 95% 的效率。2、充電樁向800V高壓系統(tǒng)方向發(fā)展，全碳化硅模塊用量增加2021 年 8 月，廣汽埃安發(fā)布了 A480 超級(jí)充電樁，電壓可達(dá) 880V，最高充 電功率為 480kW。2021 上海車展上，起亞 EV6 全系車型支持 400V 和 800V充電，現(xiàn)代 IONIQ 5 最新 800V高電壓平臺(tái)支持高達(dá) 350kW 的超大功 率充電，吉利浩瀚架構(gòu)下首款車型采用 800V 高壓系統(tǒng)，東風(fēng)旗下嵐圖汽 車宣布研發(fā)基于超高壓平臺(tái)的超級(jí)快充技術(shù)。隨著超充、快充需求的增加， 全碳化硅模塊開始在充電樁上大量采用，根據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研，80

6、0V 架構(gòu)的高 性能充電樁大部分采用全碳化硅模塊。圖：主要電動(dòng)汽車車型的最大充電功率公共充電樁快速增長(zhǎng)。根據(jù)中國(guó)電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟 9 月 10 日 發(fā)布的數(shù)據(jù)，2021 年 8 月比 2021 年 7 月公共充電樁增加 3.44 萬(wàn)臺(tái)，8 月同 比增長(zhǎng) 66.4%。1-8 月國(guó)內(nèi)公共充電基礎(chǔ)設(shè)施增量同比上漲 322%。3、全球軌交逐漸推廣碳化硅技術(shù)碳化硅技術(shù)有望在整個(gè)歐洲軌交推廣應(yīng)用 。碳化硅應(yīng)用于有軌電車，減少 10%能耗。2021 年 12 月 3 日，西門子官方 公布了他們的碳化硅有軌電車的測(cè)試結(jié)果，即將正式批量投入使用。2021 年 8 月，西門子鐵路系統(tǒng)和慕尼黑市政公司在

7、慕尼黑的 Avenio 有軌電車上 成功完成了為期一年的 SiC 半導(dǎo)體技術(shù)的測(cè)試。目前，裝備 SiC 芯片的 Avenio m nchen 號(hào)已經(jīng)運(yùn)行一年時(shí)間，總共行駛了 6.5 萬(wàn)里。根據(jù)西門 子最近公布的研究結(jié)果，碳化硅電車在操作過(guò)程中噪音水平較低，電機(jī)噪 音總體上有所降低，而且能源消耗大約減少了 10%。 目前碳化硅轉(zhuǎn)換器的初始規(guī)劃階段和車輛試驗(yàn)階段已經(jīng)完成。這次測(cè)試的 Avenio 電車兩個(gè)牽引轉(zhuǎn)換器中只有其中一個(gè)安裝了 SiC 半導(dǎo)體，接下來(lái)， PINTA 項(xiàng)目將重點(diǎn)在雙系統(tǒng)有軌電車中使用 SiC 來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化。預(yù)計(jì)測(cè) 試完成后，碳化硅將有望在整個(gè)歐洲推廣使用。日本多條列車線路采

8、用碳化硅。 日本軌道交通對(duì)碳化硅的使用更為領(lǐng)先，9 月 22 日，JR 東日本橫濱分公司 推出了搭載碳化硅的 E131 Series 500 系列列車，以替代相模線上現(xiàn)有的 205 機(jī)型，預(yù)計(jì)將于年底正式投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。 11 月 22 日，日本 JR Central表示，將于 2022 年 3 月 5 日在名古屋至中津川 的中央干線上推出新的 315 系列通勤列車。 JR Central 公司表示，與之前的 211 系列相比，315 系列列車的牽引系統(tǒng)配 備了碳化硅(SiC)，可以節(jié)約大概 35% 的能耗。 預(yù)計(jì) 2023 財(cái)年年底前，315 系列列車將全面替代中央線上的 211 系列八節(jié) 車廂列車。同時(shí)，315 系列列車還將部署在東海道干線以及名古屋和靜岡