特斯拉都不押注了，碳化硅还有未来吗？
日前，特斯拉在投资者大会上提到，在其下一代动力平台中，价格昂贵的碳化硅为关键部件。但特斯拉找到一种方式可以减少75%的碳化硅用量，同时不影响整车的性能和效率。
特斯拉用量锐减，一石激起千层浪，全球碳化硅大厂股价应声大跌，碳化硅冉冉升起的“明日之星”身份开始受到质疑，产业是否会被颠覆成为业界关注的话题。
01车圈偏爱碳化硅
第三代半导体用于电动车正如火如荼，其中碳化硅能独领风骚甚至供不应求，其推手正是最先采用碳化硅的特斯拉。早在2018年，特斯拉就开始在Model 3上采用碳化硅，成功将逆变器体积缩小，并且打造出更流线的车体，进而吸引其他车厂跟进采用碳化硅元件。
有研究报告显示，基于第三类半导体各项特性优势，以及新能源汽车快速发展的趋势，未来5年内在每两辆车中，就会有一辆是搭载第三类半导体的电动车。这情况也将使得第三类半导体在电动车市场中，于2027年到2030年间用量超过硅基半导体。
“碳化硅肯定是未来技术发展的方向和趋势”，上海蓝诺新能源技术有限公司总经理韩丽介绍，在新能源汽车领域，碳化硅主要用于主逆变器、车载充电单元及DC/DC转换器等应用。相比于目前广泛应用的IGBT，碳化硅是一种更先进的功率半导体。
碳化硅具有高效率、高可靠性、耐高压、耐高温的优异特性，是支撑新能源汽车发展的关键技术之一。其低电阻、耐高温的特性，可使功率器件的开关频率和效率做到更高，同时又使体积做到更小，多出来的空间让电动车重量更轻，或电池做得更大，进而增加行驶里程。碳化硅还有耐高压的重要优势，比如一些主流车厂采用开始800V高压平台，此种情况下必须使用耐高压的碳化硅。
简而言之，碳化硅能提高电动汽车续航里程，同时它有助于电动车充电效率更高效，充电时间更短，让电动汽车更环保、更安全、更智能。
“碳中和”浪潮之下，第三代半导体更被视为“双碳”达标的中流砥柱。2021年，第三代半导体产业被正式写入“十四五”规划与2035年远景目标中；2022年上半年，中国科技部国家重点研发计划“新型显示与战略性电子材料”重点专项2022年度项目中，再对第三代半导体材料与器件的7个项目进行研发支持。
不夸张地说，第三代功率半导体碳化硅已是全球半导体产业战略竞争的新高地。展望未来，有业内人士预测，全球新能源汽车渗透率的快速提升将驱动碳化硅市场规模高速增长，在头部新能源车厂的“带动效应”下，预计至2025年碳化硅渗透率接近40%。
特斯拉“闪退”的背后
碳化硅的优势有目共睹，市场日益崛起，那特斯拉的骤然减量又意在何为呢？
韩丽分析，碳化硅在汽车上的应用前进广阔，但不可否认的是，其从产能规模上仍然处于产业初期阶段，价格大概是硅基半导体的2～3倍，即便成本如此高昂却依然供不应求。当前市面上提供碳化硅的主要半导体厂商包括意法半导体、英飞凌 、Wolfspeed、安森美及罗姆，近期各公司皆持续加码投资碳化硅晶圆和基板的新产能，不过这些都还在起步阶段。
汽车零部件产业发展的方向无非是两个，即“降本”和“增效”。在纯电动汽车的应用上，目前，用碳化硅模块和SiIGBT模块的电机控制器相比，在整车层面可以提高大概6%的用电效率。如果效率提升的收益大于碳化硅成本的投入，其技术的附加值便得以体现。在市场应用层面，关键要找到性能与价格的平衡。
特斯拉下一代动力平台减少75%碳化硅用量，或是为了合理控制制造成本以谋取盈利。如果特斯拉能够通过升级架构设计等其他动力系统技术改进方式实现同样的效率提升，其可以不在碳化硅产业发展之初，即良率、材料成本、制造成本、开发投入都比较大的时候去付出太高成本。
“当然技术也是有边界的，当技术创新不足以覆盖效能提升需求时，就只能使用碳化硅了。这就是为什么特斯拉减少了75%的碳化硅使用，而不是80%甚至更高。”韩丽说。
中科院战略咨询院产业科技创新中心汽车行业特聘研究员鹿文亮也持类似观点，在他看来，碳化硅的优势明显，同样缺点也很明显，就是生产工艺比较难、产能较低、成本较高、供应很不稳定，这很有可能成为限制车企大规模量产的关键因素。
尤其特斯拉的销量目标比较激进，更加看重规模化生产后每个零部件的稳定供应和成本优化，在电控层面减少碳化硅的使用，对其成本控制和出货稳定性都有益处。
而更加关键的一点是，近年来，为了降低新能源车用户的补能焦虑，并带领电动车进入全面快充时代，国内掀起了一轮800V高压平台热潮，小鹏汽车、吉利极氪、北汽极狐等车企纷纷入局。欲上800V高压，必上具有抗高压性能的碳化硅。但走低压大电流路线的特斯拉不受电压约束，具备减少碳化硅使用的条件。
成本永远是硬道理
从全球汽车业的大趋势来看，特斯拉在碳化硅市场的“闪退”着实令业界错愕，但似乎并没有浇灭车企和供应商布局碳化硅的热情。
3月3日，广汽埃安发布全新一代高性能集成电驱技术——夸克电驱。这款电驱的体积只有巴掌大小，但功率密度高达12kW/kg，相比行业6kW/kg的水平提升100%。900V高效碳化硅是夸克电驱背后的“黑科技”之一。
3月9日，日产汽车公布了名为“多合一（X-in-1）”的电驱化动力总成新技术。电驱是电动汽车的动力核心，无论是降本还是增效，碳化硅都是关键之一。日产表示，无论是纯电车还是混动车，未来都将会采用碳化硅。
进入2023年，车企纷纷与碳化硅厂商结盟，以获得长期产能保证。Wolfspeed 将为梅赛德斯-奔驰供应碳化硅器件，赋能其未来电动汽车平台；安森美的碳化硅产品将用于大众下一代平台系列的车辆牵引逆变器解决方案；宝马也与安森美签下长期供货协议，宝马400V直流母线电动动力传动系统将采用安森美碳化硅技术解决方案。随着通用、福特、保时捷、雷诺等老牌车企纷纷跟进，碳化硅使用者的名单将越来越长。
对于碳化硅的未来，韩丽认为，随着产量的提升、产业的成熟，碳化硅的成本将逐渐下降，其发展优势还是相当明显的。其未来市场规模取决于与IGBT价格的差异，以及市场对碳化硅强需求的程度。
“也不排除折中的方案，比如通过系统设计和器件设计，采用IGBT和碳化硅混合技术，一个电机控制器采用少部分碳化硅和大部分IGBT，使得既能满足功能要求又能做到成本最优。”韩丽说。
从更长久的时间维度来看，特斯拉的思路是否会影响其他车企对待碳化硅的态度？鹿文亮打了个比方，眼下IGBT与碳化硅的关系有点像电动汽车发展初期磷酸铁锂电池和三元电池的关系。早年间，电车多使用磷酸铁锂电池，但当续航里程提升遇到瓶颈，行业便开始倾向于三元电池。后来成本成为比续航里程更严峻的问题时，车企又开始转回磷酸铁锂电池。目前，磷酸铁锂电池的市场份额已经超过60%。
“所以未来碳化硅是不是越来越热、规模越来越大，主要看成本的下降程度，碳化硅的应用范围则主要取决于其与IGBT的价格差。接下来很有可能是高端车型特别是800V高压车型采用碳化硅，中低端车型使用IBGT，随着碳化硅与IGBT价格差异逐渐缩小，碳化硅的应用范围从高端车型向低端车型渗透。”鹿文亮说。
文：郝文丽 编辑：黄霞 版式：王琨
