在本月 7 日的中国汽车重庆论坛期间,比亚迪品牌及公关处总经理李云飞表示,比亚迪新建碳化硅工厂将成为行业最大的工厂。
李云飞在访谈中表示,“我们是 2003 年做汽车的,但我们 2002 年就成立了比亚迪的半导体团队,我们做半导体的时间比做汽车的时间还要早一年。我们 2008 年的时候就收购了宁波中纬半导体(台资企业),当时业内一片哗然!你要做车、手机电子零部件,突然收购个半导体(公司)想干啥?当时我们也做得不够透明,其实我们进入汽车行业就是奔着电动车去的。电动化、智能化就伴随着 IGBT 这些半导体的材料模块的需求,所以很早就开始投入了。”
李云飞还透露,比亚迪最新的碳化硅工厂将于今年下半年投产,产能规模是全球第一,是第二名的 10 倍。“每一家电动车企业都说自己用碳化硅,成本很高的,但确实是好东西。”
今年下半年起,比亚迪 20 万左右的车型也将搭载应用碳化硅的智能化方案,从而实现智能驾驶等更大范围的搭载应用,会通过 OTA(若硬件具备)或推出新款车型(若硬件不具备)的形式来覆盖。
比亚迪曾在 2021 年世界智能网联汽车大会展示 6 款“高精尖”功率器件产品:V-215、V-305(碳化硅模块)、V-SSDC(碳化硅模块)、V-DUAL1、IGBT 晶圆、FRD 晶圆。
而在今年北京车展期间,比亚迪曾展出 1200V 1040A 高功率碳化硅模块。该模块最早 2022 年 6 月发布,在不改变原有模块封装尺寸的基础上将模块功率大幅提升了近 30%,主要应用于新能源汽车电机驱动控制器。
比亚迪在碳化硅的布局遥遥领先
早在2005年比亚迪就开始了相关布局。可以说在SiC方面,是全球最先布局的那一批汽车企业。2020年,比亚迪在SiC方面取得了重大技术突破,并实现SiC模块在新能源汽车高端车型电机驱动控制器中的规模化应用。目前在比亚迪汉、唐四驱等旗舰车型上已大批使用SiC模块。比亚迪又成为国内首次在自产电动汽车上应用自主研发SiC模块的车企。
同年12月,比亚迪半导体产品总监杨钦耀表示,车规级的IGBT已经走到5代,碳化硅MOSFET已经走到3代,第4代正在开发当中。 正在规划自建产线。当时是国内车企首次传出将自建SiC生产线。
在汽车领域,依托在车规级半导体研发应用的深厚积累,比亚迪半导体率先制造并批量生产了IGBT、SiC MOSFET、IPM、MCU、CMOS图像传感器、电磁及压力传感器、LED光源、车载LED显示等多种车规级半导体产品,可以说,在一定程度上打破了国产车规级半导体的下游应用瓶颈,助推我国车规级半导体产业的自主安全可控和全面快速发展。
在SiC器件领域,比亚迪半导体产品主要包括主要包括SiC单管和SiC模块,采取IDM经营模式,已形成包含芯片设计、晶圆制造、模块封装与测试、系统级应用测试的完整产业链。公司已实现SiC模块在新能源汽车高端车型电机驱动控制器中的规模化应用,也是全球首家、国内唯一实现SiC三相全桥模块在电机驱动控制器中大批量装车的功率半导体供应商。目前,比亚迪的IGBT和SiC产品仍以供货比亚迪集团内部车辆为主,除供应比亚迪集团外,也已进入小康汽车、宇通汽车、福田汽车、瑞凌股份、北京时代、英威腾、蓝海华腾、汇川技术等厂商的供应体系。
其他车企在碳化硅产业的布局
长安汽车:自建SiC项目+投资+CSS技术平台
2021年底,长城汽车股份有限公司与河北同光半导体股份有限公司签署战略投资协议。这宣告着长城汽车正式进军第三代半导体核心产业。长城汽车作为领投方入股同光股份,将推进后者的碳化硅产业发展,聚焦第三代宽禁带半导体碳化硅在新能源汽车产业的应用。2022年,长安汽车推出首款SiC车型沙龙机甲龙,因搭载了SiC技术,支持800V超级快充,峰值电流高达600A,充电10分钟,即可实现CLTC续航401公里。
除了自建SiC模组项目外,长城汽车也在积极布局SiC产业链。纬湃科技将为长城汽车旗下中高端电气化平台配套新一代高压逆变器,可根据客户需求适配不同功率、不同模块(硅基/SiC)的应用。
2023年,长城汽车对SiC产业链进行入深入的布局,模组封测项目聚焦核心技术,通过CSS技术平台,模块控制密度可以提升50%、成本降低30%,主要应用于主逆变器及充电领域,规划车规级模组的年产能是120万套。长安汽车旗下的蜂巢传动科技正在加快SiC模块生产线的建设进度。
上海大众:完成碳化硅“三合一”试制,预计搭载在ID.4 X车型
2022年,上汽大众官方宣布完成碳化硅“三合一”电桥试制,未来将搭载在ID.4 X车型上。这项技术将有效提升车辆的续航水平。
上汽大众驱动系统部门在2021年3月正式立项,开发一款MEB平台的碳化硅“三合一”电桥产品。上汽大众与国内领先的碳化硅功率半导体模块供应商“臻驱科技”合作,加快开发进程。6月底,项目组完成了碳化硅电控部分的产品设计和开发。7-11月,项目组在公司内部台架上独立完成了碳化硅 “三合一”电桥的集成试制和测试。12月,经过数月的测试、迭代和验证,该产品亮相“上汽大众预研技术展示日”。据悉,碳化硅电控的最高效率达到99.9%,未来搭载碳化硅技术的ID.4 X车型可以提升4.5%续航里程。
吉利:200KW SiC电驱下线,2023款极氪001搭载SiC新车
2022年,极氪威睿200kW SiC电驱动总成正式批产下线。该款总成是基于吉利浩瀚架构打造的首款SiC电驱产品,其中的核心SiC模块则由国内厂商芯聚能提供。该产品可使整车续航里程提升约3%~5%左右。目前吉利共拥有3款SiC汽车,其中2022年发布的包括smart精灵和极氪009,分别于4月和11月发布,还有2023年1月发布的极氪001。
2023年1月,吉利极氪001率先推出了SiC新车。这款新车依托碳化硅技术,通过热管理系统&驱动系统优化,有效提升电驱系统效率,让极氪001的CLTC综合工况续航提升6-10km,零到百公里加速时间仅需3.8s;除了现款的86kWh和100kWh电池包外,最大可支持140kWh电池包,实现CLTC综合工况续航里程1032km。
蔚来:已经量产5款SiC车型
作为造车新势力的代表品牌之一的蔚来,2020年7月SiC项目已经立项。2021年6月首台碳化硅电驱系统 C 样件下线。接着,蔚然动力一份编制于2021年8月份的新能源汽车电驱动系统扩建项目环评报告显示,除了碳化硅研发实验室外,蔚来将建设自研碳化硅功率模块工艺实验。
据悉,蔚来采用了SiC电驱系统的纯电动汽车包括ET7和ET5。其中ET7是首款搭载SiC电驱的车型,采用的前永磁同步电机功率达到了180kW,使用了碳化硅功率模块替代了传统的硅基IGBT功率模块,以弥补传统硅基IGBT电压范围窄、通过的电流不够大的劣势。第二款SiC电驱车型,ET5,是在后驱采用210kW的碳化硅永磁电机。
除了ET5和ET7外,蔚来旗下还有三款SiC车型,分别为ES7、新一代ES8及EC7。其中,蔚来ES7于2022年6月发布,新一代ES8及EC7于2022年12月发布;ET7已于2022年3月启动交付;ET5 于2022年8月正式下线,9月开启交付。
SiC给新能源汽车带来的两大方面的好处:一是在低载时的能效和里程可显著增加,尤其是在城市工况下,综合工况效率≥91.5%;二是通过的电流能力提升了30%,带动续航里程等性能的提升。与此同时,电池的容量越大,使用SiC能够带来的利益越多。
中国以特有模式追赶碳化硅大厂
SiC 已逐渐在电动车主驱逆变器中扮演要角,未来随着电气架构将往800V迈进,而耐高压SiC 功率元件预料将成为主驱逆变器标配。面向产业朝800V及以上高压方向发展,目前碳化硅功率模块在电动车主驱逆变器的规模化应用已经开始。
今年3月,小米汽车的定价迷雾终于散开。按照行业内估算(注意是估算,小米SU7单电机版本的碳化硅MOSFET用量约为64颗,双电机版本足足用了112颗,这还不包括充电桩等其他环节。长达半年的铺垫中,800V碳化硅高压平台一直是小米的宣传重心。鉴于碳化硅的高成本,雷军还放出烟雾弹,称配置不低于40万元人民币。
结果发布会开完,最贵的版本也就30万。与定价的巨大差距有小米让利的因素,也有国内碳化硅供应链“送温暖”在先。
与Wolfspeed引以为傲的“唯一垂直一体化”不同,国内碳化硅产业链各个环节之间分工明确。
比如上游做衬底的最多做到外延,不会把业务延伸到器件和模组;器件和模组厂商也分工明确:相比海外大厂设计、制造、封装一体化的IDM模式,中国厂商也更倾向于三个环节各司其职的模式。
全球碳化硅MOSFET出货量最高的英飞凌、意法半导体就是IDM模式,国内很大一部分出货则是依靠华虹半导体、芯联集成这样的代工厂。
换句话说,中国公司是面粉厂专做面粉,面包店专做面包,甚至和面、揪剂子和包装都有单独的公司做。
一方面是客观技术水平限制,另一方面在于中国公司作为后来者,只有更加细分的分工,才有可能在短时间内快速提高产能,缩小与海外公司的差距。Wolfspeed建一个8英寸衬底厂的速度是48个月,而国内供应链在同样的时间里,很可能可以同时建了一个衬底厂、一个代工厂、一个模组厂和一个封测厂。
这种力度之下,国内碳化硅产能虽然基数低,但增速惊人。
日本富士经济多年的跟踪报告显示,2023年全球碳化硅衬底市场,中国两家厂商份额首次进入前五,其中天岳先进挤下千年老二Coherent,仅次于Wolfspeed。
研究机构Trendforce则激进的预测:2024年底,中国厂商的年产能将达到150万片。据此计算,全球碳化硅衬底将有一半来自中国。除了小股部队多线进攻的策略,碳化硅衬底的特点,也给了中国公司弯道超车(真弯道,能汇入主路的那种)的机会:目前,主流碳化硅衬底仍然是6英寸。和“切”芯片的硅晶圆一样,在芯片大小不变的情况下,衬底尺寸越大,浪费的边角料就越少。从6英寸提高到8英寸,将使单位成本降低35%。
除了Wolfspeed,大部分海外厂商的6英寸产线建设成本还没折旧完,只能让财务一边算账,一边向8英寸腾挪。但轻装上阵的国内厂商没什么包袱,可以直接把资本开支砸向8英寸产线。
2023年,全球范围落地的12个8英寸项目中,3个由中国厂商主导的,1个由中欧公司合办。
去年年底的广州车展上,800V碳化硅平台几乎成了各家展台标配。几年时间里,国内搭载800V碳化硅的电动车价格,已经从30万以上迅速下探到了20万左右的价格带,有了足够的产能承接,成本下降便水到渠成。
小米汽车发布会上,三家新势力的掌舵者神情复杂,但碳化硅厂商看着快十万的大定数字,估计已经在梦里笑醒了。