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博格华纳/采埃孚/大众等巨头打响车用SiC市场争夺战?

2019-05-21 · 来源: 高工电动车网 关注度:32344 次
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博格华纳 采埃孚
摘要:博格华纳、采埃孚、东芝、大众、比亚迪、精进电动等国内外巨头争相布局,碳化硅市场争夺战即将打响?

博格华纳采埃孚、东芝、大众、比亚迪、精进电动等国内外巨头争相布局,碳化硅市场争夺战即将打响?

5月17日,美国动力总成供应商博格华纳宣布推出一款新型车载充电机(OBC),采用的正是先进的碳化硅(SiC)技术,并在功率密度、功率转换效率和安全合规性方面均是同类产品中的佼佼者。

车载充电机固定安装在电动汽车上运行,由交流输入接口、功率单元、控制单元、低压辅助单元、直流输出接口等部分组成,将电网的交流电(AC)转换为直流电(DC),为电池管理系统、充电接触器、仪表盘、冷却系统等提供低压用电电源。

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博格华纳采用碳化硅技术的车载充电机适用的交流电输入功率更广,不仅支持7.4千瓦、11千瓦和22千瓦额定功率,还可以用作额定功率为2.3-3.6千瓦的集成DC-DC转换器。此外,它还兼容各种类型的电池以及400V、650V和800V的电压。

博格华纳莫尔斯系统公司总裁兼总经理Joel Wiegert表示,“很自豪我们最新的碳化硅技术产品可提供最大的功率转换效率,进而为主机厂及其客户节省能源并提供更广泛的产品系列。”不过,博格华纳并没有透露充电效率的确切百分比。

对于未来的应用,博格华纳的工程团队正在瞄准功率密度,充电功率,效率,体积重量,功率因数和安全水平调整方面的进一步发展,以满足全球多个国家和地区标准。

目前,市场上用的驱动系统和充电系统的核心功能器件IGBT,一般以Si(硅)等为主要材料,第一代、第二代功率半导体材料是硅(si)和砷化镓(GaAs),并且已经实现广泛应用。但以SI等为材料的IGBT电压范围是600-6500V之间,随着电压、温度、频率、功率等指标的大幅提高,传统SI材料IGBT已经无法胜任。

而以碳化硅(SiC)等为代表的第三代半导体材料,具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、开关损耗小、频率高、功率大等优势,是同等硅器件耐压的10倍,能够减低系统尺寸和运行成本。此外,碳化硅具有在高频率时损耗低的优势,能将车辆的效率再提高10%左右。

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正是如此,以SiC 大功率模块为代表的碳化硅器件被认为是未来新能源汽车电驱动系统发展的关键技术,也是实现高温、高效、高速运行的重要途径。中国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高院士在谈到驱动电机未来方向时,更是直言“2025年碳化硅将全面取代IGBT。”

在汽车尤其是新能源汽车中,用到功率器件的地方很多。如电机控制器、DC-DC变换、充电/逆变、电空调驱动等高压部件一般使用的是IGBT功率模块。而OBC、DC/DC正在转向使用SiC基功率器件。

如特斯拉Model 3是最早采用SiC MOSFET的电动汽车。它作为最畅销的电动汽车,正在快速刺激SiC功率器件的应用。随着电动汽车快速发展,整车电压平台提高是必然趋势。如戴姆勒正在将驱动电压从400V增加至约800V,保时捷也打造出800V的高电压平台PPE。耐高压和高功率的功率半导体器件是必不可少的。

碳化硅市场争夺战即将打响?

作为第三代半导体材料代表的碳化硅(SiC),获得了包括半导体巨头、传统车企、电驱动零部件巨头等企业的青睐。除博格华纳外,包括东芝、大众汽车、采埃孚和比亚迪、精进电动等多家国内外多家企业已开始前瞻布局,有的甚至给出了量产时间表。

首当其冲是大众汽车,正式开启了对新一代半导体材料SiC货源的储备。5月中旬,大众汽车宣布与两家全球供应商达成合作关系。一是Cree,它成为了大众汽车FAST(Future Automotive Supply Tracks,未来汽车供应链)项目SiC碳化硅的独家合作伙伴。二是英飞凌,它成为大众FAST项目战略合作伙伴,合作点集中在大众MEB电力驱动控制解决方案中的功率模块。

Cree本就是SiC材料和晶圆的国际大供应商,并且就在协议签署的一周前,Cree还宣布投资10亿美元,扩大SiC碳化硅产能。本次产能扩大将带来SiC碳化硅晶圆制造产能的30倍增长和SiC碳化硅材料生产的30倍增长,以满足2024年之前的预期市场增长。

而英飞凌则在全球MOSFET和IGBT等汽车半导体市场中占有率位居前三。2018年,全球20个畅销的电动车型和插电式混合动力汽车中,有15辆使用了英飞凌功率器件。

德国零部件巨头采埃孚则直接公布了碳化硅产品的量产时间表。4月中旬,采埃孚宣布,使用碳化硅的大功率模块计划在3到4年内批量生产。

采埃孚为FIA Formula E系列的法国电动赛车制造商Venturi团队研发了一套电驱动器装置,包括新开发的变速器和大众功率模块以及250kw的电机。该电驱动装置中的大功率模块中首次使用碳化硅,使得其电驱动系统比目前已经批量应用的电驱动具备更高的能量转换效率。

日本东芝也看好功率半导体业务的前景。东芝设备和储能公司在今年4月举行的技术说明会上,东芝功率器件负责人川野友广直言,称功率半导体业务为“具有稳定增长前景的业务。东芝将继续进行产品研发和投资”,而且东芝将重点专注于该公司的硅系列产品,特别是要求高性能的MOSFET和高功率器件。

不过,东芝在采用SiC的EV功率半导体研发上则表达了消极的态度。对于用在EV电机驱动系统的SiC功率半导体的发展,川野先生表示“如果考虑其性能和价格等因素暂时还看不到优势,很难实现商业化应用。”

国内也有包括比亚迪、精进电动,还有华润华晶微电子、华虹宏力在内的少数半导体厂商在积极布局SIC功率半导体器件。

比亚迪投入巨资布局的第三代半导体材料SiC,并有望于2019年推出搭载SiC电控的电动车。预计到2023年,比亚迪旗下的电动车将全面搭载SiC电控。

精进电动也已经有了第三代半导体控制器。4月11日下午,全国政协副主席、中国科学技术协会主席万钢到精进电动调研,精进电动创始人兼CEO向万钢主席介绍了其三代半导体(碳化硅、氮化镓)控制器、深度集成“三合一”电驱动总成等等新技术新产品。

需要说明的是,随着电动汽车快速充电的需求日益迫切,整车电压平台提高是必然趋势。耐高压和高功率的功率半导体器件同时必不可少的。如戴姆勒正在将驱动电压从400V增加至约800V,保时捷也打造出800V的高电压平台PPE。

不过,目前碳化硅功率模块目前由于技术和工艺相对滞后,并且价格高昂,成本比传统硅材料高出数倍,并同时面临着热平衡挑战等难题,目前应用较少。

一旦上述企业推出的碳化硅产品能够顺利量产并大规模使用,必将给整个产业带来巨大冲击。那么,供应链是否已准备好迎接市场的加速?

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