一直以来，“里程焦虑”、“充电缓慢”都是卡住新能源汽车脖子的关键问题，是车企和车主共同的焦虑；但随着高压电气技术的不断进步和快充时代的到来，将SiC(碳化硅）一词推向了市场的风口浪尖。

继2019年4月保时捷Taycan Turbo S 全球首发三年后，800V高压超充终于开始了普及。相比于400V，800V带来了更高的功效，大幅提升功率，实现了15分钟的快充补能。而构建800V超充平台的灵魂就是材料的革新，基于碳化硅的新型控制器，便引领着这一轮高压技术的革命。

碳化硅的优势

是什么让SiC（碳化硅）引领着这一轮高压技术的革命？

主要是因为，SiC（碳化硅）拥有更高的临界雪崩击穿场强、更大的导热系数和更宽的禁带。

SiC（碳化硅）具有3电子伏特（eV）的宽禁带，可以承受比硅大8倍的电压梯度而不会发生雪崩击穿，禁带越宽，在高温下的漏电流就越小，效率也越高；而导热系数越大，电流密度就越高。它的绝缘击穿场强是Si的10倍：因此与Si器件相比，能够以具有更高的杂质浓度和更薄的厚度的漂移层作出600V～数千V的高耐压功率器件。

高耐压功率器件的阻抗主要由该漂移层的阻抗组成，因此采用SiC可以得到单位面积导通电阻非常低的高耐压器件。

特别是在理论上，相同耐压的器件SiC（碳化硅）单位面积的漂移层阻抗可以降低到Si的1/300：而Si材料中，为了改善伴随高耐压化而引起的导通电阻增大的问题，主要采用如IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor : 绝缘栅极双极型晶体管）等少数载流子器件（双极型器件）；但是却存在开关损耗大 的问题，其结果是由此产生的发热会限制IGBT的高频驱动。

SiC（碳化硅）材料却能够以高频器件结构的多数载流子器件（肖特基势垒二极管和MOSFET）去实现高耐压，从而同时实现 "高耐压"、"低导通电阻"、"高频" 这三个特性。另外，带隙较宽，是Si的3倍，因此SiC（碳化硅）功率器件即使在高温下也可以稳定工作。

大功率+高频+低损耗：难以拒绝的效率吸引力

在整个能源结构升级的过程中，无论是发电端的光伏、风电，输电端的高压柔直，用电 端的新能源车、充电桩、白电、工控，对于电压和能源转换效率的要求都在不断提升， 同时在成本和安全约束下也更为看重系统整体的经济性和稳定性，因此有着更低开关损 耗、更高可靠度、更轻重量、更小体积以及更为耐高温的碳化硅器件越来越受到下游环 节的关注，尤其是在中压范围的光伏、风电、新能源车、充电桩、服务器 UPS 电源、 工控电源、白电，近年来已陆续开始尝试使用碳化硅器件替代或部分替代原有的硅基 IGBT。

新能源车是未来碳化硅功率器件的主要驱动力。作为电力电子转换器件，碳化硅器件在 新能源汽车产业存在五个主要应用场景,包括电机控制器（电驱）、车载充电机 OBC、 DC/DC 变换器、空调系统以及充电桩。对于新能源车而言，碳化硅器件要比硅基器件 有着更低的导通损耗、更高的工作频率和更高的工作电压，因此其可提高能源转换效率、 增加续航里程、提升整体功率、降低车身重量和综合成本，考虑到未来电动车需要更长 的行驶里程、更短的充电时间和更高的电池容量，在车用半导体中，碳化硅将会是未来 新能源车功率器件升级中非常重要的趋势。目前，OBC 采用的碳化硅 MOSFET 主流规格有 1200V/40mΩ，1200V/80mΩ以及 650V/45mΩ、650V/60mΩ；DC/DC 采用的碳化硅 MOSFET 主流规格为 1200V/160m Ω电控用碳化硅 MOSFET 主流规格为 1200V/15mΩ。

以主驱为例，碳化硅解决方案可以在更低损耗情况下获得更高逆变器效率。碳化硅在整 个负载范围内效率提高 1.4%以上，更低损耗意味着更小的冷却系统和更长电池续航时 间。相比硅基 IGBT，碳化硅电控系统体积更小、频率更高、开关损耗更低，可以使电 驱系统在高压高温下保持高速稳定运行。

简单而言，碳化硅 MOSFET 方案可显著节省电动汽车成本： （1）节省电池成本：在 EV 平均工作环境下，碳化硅逆变器的效率比 IGBT 逆变器高 3.4%（负载 15%）。与基于硅基 IGBT 的 85kWh 电池电动汽车相比，碳化硅版本仅需 要 82.1kWh，按照每千瓦时 150 美元的电池成本，ST 测算案例下搭载碳化硅逆变器的 电池成本节省约 435 美元。 （2）散热器：散热器的大小必须根据最大工作条件下的功率耗散而定。ST 测算案例下 峰值负载时的逆变器耗散 （250Arms）：与 IGBT 版本相比，基于碳化硅的逆变器只需 耗散 61%的热量，碳化硅 MOSFET 允许体积更小、更低成本的散热器。

对于新能源车而言，一方面是电池成本的节省（长续航），一方面也是 800V 快充（快速 充电）的需求，共同催生了对碳化硅器件的更换需求。快充技术的核心在于提高整车充 电功率，也就需要提高整车充电功率，基于功率=电流*电压的公式，提升功率只有加大 充电电流或提高充电电压两种方式，而充电电流加大意味着更粗更重的线束、更多的发 热量以及更多附属设备瓶颈，而充电电压提升则有更大的设计自由度，这直接推动了 400V 电压平台向 800V 电压平台转换。

而碳化硅 MOSFET 在 800V 高压电驱系统应用中具备几乎无可替代的优势，最核心的 原因是电压升高后硅基 IGBT 的导通损耗、开关损耗都有显著上升，成本升+效率降将 使得 800V 的实际经济性大为降低，因此在 800V 电压平台中，企业更倾向选择高频低 损耗的碳化硅 MOSFET 方案，因此目前 800V 电控乃至配套的 OBC 大部分已选用或 规划采用碳化硅 MOSFET 器件。平台级别的规划有现代 E-GMP、通用奥特能（Ultium） -皮卡领域、保时捷 PPE、路特斯 EPA，除保时捷 PPE 平台车型未明确搭载碳化硅 MOSFET 外（首款车型为硅基 IGBT），其他车企平台均采用碳化硅 MOSFET 方案。 800V 平台主要有长城沙龙品牌机甲龙、北汽极狐 SHI 版、理想汽车 S01 和 W01、小 鹏 G9、宝马 NK1、长安阿维塔 E11 均表示将搭载 800V 平台，此外比亚迪、岚图、广 汽埃安、奔驰、零跑、一汽红旗、大众等也表示 800V 技术在研。

功率器件的“辉煌时代”

在SiC（碳化硅）强大的性能优势下，其也终于迎来“辉煌时代”：据最近Yole给出的数据显示：SiC（碳化硅）元件将从2021年10.9亿美元成长到2027年63亿美元，年复合成长率达到34%。

无论是当代的新势力车企代表特斯拉还是传统车企代表通用汽车，它们在2020年和2021年有多款新发布的电动车都在变压器上采用SiC（碳化硅）元件：根据Yole调查：特斯拉创纪录的出货量帮助SiC（碳化硅）元件在2021年超越10亿美元销售额的关卡。

如今通用汽车和特斯拉等汽车制造商正加大投资，让采用SiC（碳化硅）元件的电动车在充电后，能行驶更远，并且电池耗尽时，也可更快地充电。

简单来说，SiC（碳化硅）元件正在推动电动车走向未来。SiC（碳化硅）元件正在争夺电动车传动系统核心的80%左右的功率电子装置，包括将储存在汽车电池组中的直流电转换为车辆电动马达所需的交流电之主牵引逆变器（Main Traction Inverter）；SiC晶片还在电动车其他部分争取地位，例如车载充电器和直流-直流转换器。

Yole认为为了满足长续航里程的需求，800V电动车是实现快速直流充电的解决方案，这就是1200V SiC元件可以发挥关键作用的地方。

800V高压快充，从工程到商业化的障碍

这个行业真正的出发点不是技术，解决高压快充的技术难点问题不大，而在于规模化的元器件以及上下游的配套，并带来的成本障碍。

现阶段碳化硅价格太贵，晶体的成长速度慢、良品率低，这些问题无法很好解决，它的成本在短时间内就不会降下来。以及，碳化硅生产还将面临国内能否自主可控的问题，碳化硅功率器件大量依靠海外市场，且在技术上我国与欧美日本等国家相比仍有差距。根据Omdia的数据，2021年意法半导体（ST）占据碳化硅功率器件40%的市场份额，其余如Wolfspeed（科锐Cree旗下）、罗姆（ROHM）、英飞凌也分别占据10%+的份额，呈现一超多强的市场格局。国内厂商入局相对较晚，华润微、士兰微、斯达半导、时代电气、泰科天润、绿能芯创、上海瞻芯、中电科55所及13所等正积极布局碳化硅器件，例如小鹏G9是采用斯达半导的碳化硅功率模块用于搭配800V架构。

据了解，从保时捷、沃尔沃，到阿维塔、小鹏，目前支持800V高压快充的车型均为高端车型，基本都在30万以上。正由于成本的限制，目前800V高压快充技术也难以大规模上车应用。

此外，800V所使用的用电设备也面临高成本的问题。目前国内普通的充电桩，在不计入其他费用的情况下，建设成本高达13.4万元/桩，而此前保时捷对外公布的800V充电桩的成本高达7位数。

不管是由车企还是电力企业布局，最后依然要看市场的选择，一方面需要探索盈利的商业模式；另外一方面，标准的统一还需要一个过程。目前，中国和德国、日本等一些电动汽车比较领先的国家进行了充分的协调、沟通，形成了一个ChaoJi充电标准,这是一个可以在全世界通用的标准。

根据中信证券的预计，到2025年超充站保有量渗透率达到公共充电站17%左右，预计形成500亿左右的市场空间。也有观点认为，从理论的提出到实践，再到规模化后的成本平衡，或许800V真正大规模普及起码需要五年以后。但尽管如此，对于车企来说，前瞻性的技术规划和落地很有必要，毕竟800V高压快充代表着新能源车的又一次进步，这也是给竞争日益激烈的新能源车企的又一次领跑或超车的机遇。

文章来源： 菁云商业研究，未来智库，奇普乐芯片技术