学校主页
行业要闻
当前位置是: 首页 - 行业要闻 - 正文

宽禁带半导体开启新能源汽车新篇章

发布日期:2021-06-28   点击量:

我国新能源汽车产销量、保有量连续6年居世界首位,为宽禁带半导体的技术验证和更新迭代提供了大量应用数据样本。宽禁带半导体能有效提升新能源汽车性能并降低系统性成本,在新能源汽车领域的应用正处于“小步快跑”阶段,未来两年有望迎来市场大爆发,但要实现规模化应用,还需要产业链协同,多个层面发力。

一、与新能源汽车天然契合

宽禁带半导体材料拥有高频、高功率、耐高温、抗高辐射、光电性能优异等特点,特别适合于制造电力电子、微波射频、光电子等元器件,与新能源汽车所代表的电气化、智能化趋势天然契合,碳化硅等宽禁带半导体在新能源汽车的应用空间,可以从以下层面来看。

在传统的新能源汽车也就是纯电动车领域,碳化硅主要用于电机驱动逆变器、OBC(车载充电机)和DC-DC车载电源转换器。在超级快充领域,一般来说,50度电的新能源汽车满充需要2个小时,而超级快充可以在10~15分钟将电充满。在超级快充的过程中,电池包会产生大量的热,而最新的散热技术是基于车载空调的散热系统,这就为采用碳化硅器件的大功率空压机提供了应用空间。

国家新能源汽车技术创新中心总经理原诚寅指出,碳化硅器件在新能源汽车中的技术价值,体现在能耗优化、动力性能提升和车辆轻量化等指标上。一是宽温区。硅基IGBT的温区一般在125。~150。碳化硅的工作温度可以达到200。电机一旦过热就会主动降低功率避免器件损害,因而碳化硅功率器件能维持更长时间的高功率输出。二是更高的能量转化效率。三是更高的集成度。相比硅基,基于碳化硅功率模块的电机控制器能实现30%~40%的减重,以及75%左右的体积缩小。

“使用碳化硅器件,能在乘用车的前机舱让出更多空间,并降低整车重量。这就意味着车辆能耗降低,因为车辆能耗与风阻和重量密切相关。”原诚寅表示。

二、两年后或迎来市场大爆发

碳化硅在新能源汽车的应用,正处于“小步快跑”与批量化部署的临界点上。Yole数据显示,2019年碳化硅功率器件市场中有2.25亿美元来源于新能源汽车,预计到2025年,碳化硅功率器件在新能源汽车领域的市场规模将达到15.53亿美元,年复合增长率达38%。

从应用水平来看,碳化硅在车载电源领域的市场渗透率迅速提升,但在采用MOSFET的电机控制功率模块上,大多数厂商还处于研发和样机测试阶段。

北京三安光电有限公司副总经理陈东坡表示,碳化硅在OBC上渗透得会快一些,国外不少公司已经在2018年开始将碳化硅肖特基势垒二极管和MOS管用在OBC上;同时,碳化硅MOS管在DC-DC上的应用,也于2018年逐年增加。

三、规模化应用还需多方发力

2015年-2020年,我国新能源汽车产销量、保有量连续6年居世界首位,为宽禁带半导体的技术验证和更新迭代提供了大量的应用数据样本。国家及地方政策的出台,也为宽禁带半导体等涉及新能源汽车基础技术提升的产业注入动力。但是,要实现宽禁带半导体在新能源汽车领域的规模化应用,还要在技术、市场以及产业链协同等多个层面发力。

在技术层面,碳化硅作为新材料,需要专用的封装工艺技术才能发挥优势,这对于模块企业、电机控制器企业、整车企业而言都是一种挑战。

“如果沿用传统的硅IGBT封装技术来做碳化硅的功率模块,将无法充分发挥碳化硅材料在出流能力、散热能力等方面的优势。这就需要有全新的碳化硅专用封装技术。”

在产业链协同方面,车用碳化硅和所有国产车规芯片厂商一样,要解决下游客户“不敢用、不好用、不能用”的隐忧。“‘不敢用’是因为国产碳化硅器件没有装车上路的数据。‘不好用’是因为本地配套能力和服务体系欠缺。‘不能用’是因为缺乏对应的标准和评价体系。”原诚寅向记者指出。

要解决这三个“不”,原诚寅认为,首先要在国内形成对车规芯片的认证和评价标准,让客户对国产车规芯片有一个量化的认知。否则车企只能选择国际大厂已经装车搭载的芯片,来规避不确定性带来的风险。其次,要为国产车规芯片的试错、改进、提升提供机制保障。最后,产业要形成上下游协同机制,提升本地化配套能力,培养本土供应链。

“国内车用芯片尚未形成完整的供应链体系,缺乏上下游协同的生态。希望下游客户权衡好短期利益和长期利益,将目光放得长远,扶植足够信任的本地下游伙伴成长,形成包含软件、服务、体系的生态,把本土化配套做起来。”原诚寅说。