汽車電動化將形成SiC的最大下游市場
- 車用半導體價值量增長，SiC應用是未來趨勢 。目前第三代半導體材料在新能源汽車行業越來越受重視 ，以特斯拉為代表的一眾整車廠及 Tier 1積極引入 SiC功率半導體，目前全球已有超過 20家汽車廠商在車載充電系統中使用碳化矽功率器件 ，預計到2026年，主逆變器市場將達到195億美元（全球車用）， SiC佔比約20%-30%左右 。
- 國家政策大力扶持，電動汽車出貨量有望持續增長。國務院於 2020年10月印發的 《節能與新能源汽車產業發展規劃 （2021—2035年）》提出，到2025年，純電動乘用車新車平均電耗將降至 12.0千瓦時 /百公里，新能源汽車新車銷售量達到汽車新車銷售總量的 20%左右 ，高度自動駕駛汽車實現限定區域和特定場景商業化應用，充換電服務便利性顯著提高
整車廠與tier1 匯入SiC情況（部分企業）
汽車電動化，SiC應用廣泛、前景光明
- 新能源汽車系統架構中涉及到功率半導體應用的元件包括： 電機驅動系統、車載充電系統（OBC）、電源轉換系統（車載 DC/DC）和非車載充電樁。碳化矽功率器件定位於 1KW-500KW之間，工作頻率在10KHz-100MHz之間的場景 ，在新能源汽車中主要應用於電機驅動系統中的主逆變器 ，能夠顯著降低電力電子系統的體積 、 重量和成本，提高功率密度。
- 國外不少公司已在 2018年開始將SiC肖特基勢壘二極體和 MOSFET管用在OBC上，SiC在車載電源領域OBC和DC-DC中的市場滲透率逐步提升 ，透過這些場景的應用帶動 SiC產品技術成熟與成本下降，然後再滲透到可靠性要求更高的電機控制器 ，預計2022年以後會出現SiC MOSFET的實質性應用
碳化矽在電動汽車中的應用
電動汽車受益於 SiC效能，行業加速推動Si轉向SiC
汽車行業熱衷於擺脫傳統的 Si而轉向SiC，是因為其帶來的成本優勢 。在電動汽車中 ，電池是最昂貴的部件。高盛公司表示，採用SiC可將電池成本減少300至600美元，這是透過最佳化電機驅動系統實現的 。 SiC替代Si可以減少電動車逆變器80%的損失 ，這意味著在相同的電池尺寸和成本下 ，可以延長續航里程，或者減小電池的尺寸和成本 。因此，從定價的角度來看 ，將SiC引入驅動系統的 材料成本增值被效能上的節省大大抵消了 。同時 ，當電動車逆變器損失減少時 ，汽車冷卻系統的負擔也減少 。高盛公司稱，冷卻系統的節約大約帶來每輛車 500到1000美元的節約 。
除電動車電池外 ，車外充電（特別是快速充電的 DC-DC站）是另一個大規模增長的領域 。配備碳化矽可以提高快速充電站的能源效率 ，減少其尺寸和成本，並提高其可靠性 。目前，碳化矽已被證明在電動車快速充電應用中可減少30%的整體系統損耗 ，並大大增加功率密度 ，使得快速充電站更小 、更快、更好。
碳化矽在新能源汽車領域應用程序
電動汽車800V電壓平臺應用為大勢所趨
蓄電池於 1918年被首次引入汽車中，其電壓僅為6V，而後隨著車載用電器件的不斷增加 ，加之電氣化部件的大量整合 ，汽車電壓平臺隨之不斷升級 ，以滿足電能的大功率傳輸 。
電動汽車裡程焦慮和充電速度慢兩大痛點是影響其市場規模的重要原因 ，高電壓模式因其提高里程及節約空間和重量等優勢成為解決電動汽車兩大痛點的最佳方案 ，電動汽車的電壓平臺升高至 800V成為必然趨勢 ；
與常規電壓平臺相比，800V高壓平臺有以下優勢：功率相同的情況下 ，電壓越高，透過汽車線路的電流越小，由焦耳定律： Q=I²Rt可知，產生的能量損耗也越小；若電流不變 ，汽車的電機驅動效率則會提升，從而增加續航里程、降低電池成本；且在用電功率相同時 ，電壓等級的提高還將減小高壓線束上傳輸的電流 ，這將縮減高壓線束的截面積 ，達到降低線束重量、節省安裝空間的效果 ，同時 提高充電功率，縮短充電時間 ，緩解續航里程和長時間充電焦慮 。
高壓平臺優勢
800V電壓平臺：SiC的使用是電驅升級的核心
耐高溫：碳化矽的帶隙寬度為矽的 3倍之多，傳統矽基IGBT受耐熱可靠性的制約，一般只能在 175度以下工作，碳化矽可在 200度條件下穩定工作，對冷卻系統要求更低；
低開關損耗：碳化矽的飽和電子漂移速度更高 ，其器件開關速度快，在減少電容電感體積的同時 ，又可有效降低關斷時拖尾電流的產生 ，降低能量損耗；
耐高壓、耐高頻：受限於矽基 IGBT功率元器件的耐壓能力 ，之前電動車高壓系統普遍採用 400V電壓平臺，碳化矽作為第三代半導體材料 ，較寬的禁頻寬度是其與前兩代半導體材料相比的最大優勢 ，保證了其可擊穿更高的電場強度 ，適合製備耐高壓、高頻的功率器件 ，因而碳化矽MOSEFT是電動汽車電壓平臺升級至800V的不二之選 。
碳化矽器件的應用並未增加單車成本 。據統計，在汽車中採用SiC MOSFET增加的成本大約為 300美元，但在系統層面，SiC帶動整個系統效率提高 ，冷卻系統、線束、電池等都會節省，系統成本相應下降，所以估計節省的成本可達 2000美元
對比分析
車企跟進 800V，驅動SiC器件需求
純電動汽車的電壓系統一般在 200-400V，800V高壓平臺車型出現後，車企紛紛從技術迭代角度跟進800V架構。2019年，保時捷釋出首款 800V平臺量產車型Taycan，該款車已經最大充電功率提升至350KW，可以在大約15分鐘內，把動力電池從 5%充至80%，相當於 300公里的續航能力 。
目前比亞迪、小鵬、理想等國內車企也正在陸續開發 800V高壓SiC平臺，預計2022年之後將陸續實現量產，車企對800V的持續佈局再次加大了對碳化矽器件的需求
車企佈局
文章來源：方正證券
