新能源汽车如何提升？碳化硅模块渗透率与未来技术路径

大家好！*近在新能源汽车领域，有个话题特别热——碳化硅（SiC）功率模块。你是不是也好奇，为什么越来越多的车企开始采用这种第三代半导体技术？目前国内搭载碳化硅模块的乘用车销量渗透率已近15%，而且几乎所有的车企在开发新车型时，都列入了碳化硅电机控制项目。这背后有哪些技术优势和市场驱动？提升渗透率又面临哪些挑战？今天咱们就聊聊这个话题。

为什么碳化硅更适合新能源汽车？

传统燃油车向电动汽车转型，对功率半导体提出了更高要求。碳化硅作为一种宽禁带半导体材料，与传统硅基器件（如IGBT）相比，具有更高的禁带宽度、更高的击穿场强和更高的热导率。这些特性使得碳化硅器件尤其适合新能源汽车的高压、大电流工作环境，能有效提升车辆续航里程和系统效率。

碳化硅模块在新能源汽车中的核心优势

• 提升能效，增加续航：碳化硅模块的导通损耗和开关损耗均低于传统IGBT，有助于降低系统能耗。特斯拉Model 3采用碳化硅逆变器后，其能效提升了约15%。业内通常认为，采用碳化硅模块可以使电动汽车的续航里程提升5%-10%。

• 支持高压平台，实现快充：随着800V高压平台逐渐成为高端电动车型的标配，碳化硅器件因其优异的耐压特性成为不可或缺的选择。它能够更好地应对高压平台下的电气应力，并支持更快的充电速度。

• 减小体积与重量，提升功率密度：碳化硅器件允许更高的开关频率，这可以减小系统中电感、电容等被动元件的体积和重量，有助于实现电驱系统的小型化和轻量化，为车辆布局留下更多空间。

当前碳化硅模块渗透率与市场驱动

根据行业数据，目前国内搭载碳化硅模块的乘用车销量渗透率已接近15%。市场对碳化硅的需求增长迅速，2024年，中国新能源汽车（含充电桩）市场对碳化硅等功率芯片的需求规模约120亿元，增速达19.2%，折算成6英寸碳化硅晶圆需求量约50万片。

主要的市场驱动因素包括：

• 政策支持：中国“十四五”规划明确支持第三代半导体产业发展，《新能源汽车产业发展规划（2021-2035）》也提出了车规级芯片自给率的目标。

• 车企转型：各大整车厂积极向电动化转型，推出基于高压平台的新车型，直接拉动了对碳化硅模块的需求。

• 成本下降：随着技术成熟和产能扩大，碳化硅器件的成本正逐步下降，为其更广泛应用创造了条件。有数据显示，其综合成本已较传统方案有所降低。

提升渗透率面临的挑战与技术瓶颈

尽管前景广阔，但碳化硅模块要进一步扩大应用，还面临一些挑战：

• 成本问题：尤其是碳化硅衬底的成本仍然较高，约占器件总成本的50%以上。虽然长期看系统成本有优势，但初始的器件采购成本依然是需要克服的障碍。

• 供应链与产能：高质量的碳化硅衬底产能仍相对紧张，全球范围内存在一定的缺货现象。保证稳定、可靠的供应链是车企大规模应用的前提。

• 技术成熟度与可靠性：碳化硅器件在长期可靠性方面，如阈值电压稳定性、栅氧层可靠性等，仍需经过更充分的车规级验证和迭代优化。

• 人才与经验：设计和应用碳化硅模块需要专业的知识和经验，如何充分发挥其性能优势，对许多工程师来说是一个学习过程。

未来发展趋势与技术路径

碳化硅在新能源汽车领域的应用未来可期，并呈现以下趋势：

• 与氮化镓（GaN）互补发展：碳化硅和氮化镓同属第三代半导体，但各有侧重。碳化硅更适合高压、大功率场景（如主驱逆变器），而氮化镓在高频、中低压领域（如车载充电器OBC、DC-DC转换器）有优势。未来一辆车上可能会看到两者协同工作。

• 技术迭代降本增效：向8英寸晶圆过渡是降低碳化硅成本的关键路径之一。同时，工艺优化和良率提升也将持续推动成本下降。

• 产业链协同与国产化：中国碳化硅产业链正在快速发展，从衬底、外延到器件设计、制造和模块封装，都有企业积极布局。实现本土化和供应链自主可控对保障产业安全至关重要。

• 融合创新：碳化硅技术将与整车高压平台、800V快充、智能热管理等系统更深度地融合，共同提升电动汽车的性能和用户体验。

个人观点：渗透率提升是系统工程

在我看来，新能源汽车碳化硅模块渗透率的提升，不仅仅是一个技术替换问题，更是一个涉及技术成熟度、成本控制、供应链协同、人才储备和产业生态的系统工程。

短期来看，碳化硅模块会率先在高端车型、高性能版本上成为标配，因为这部分车型对性能提升的诉求更强烈，对成本相对不敏感。中长期而言，随着技术不断进步和成本持续优化，碳化硅模块有望逐步向中端乃至主流经济型车型渗透。

对于行业从业者和投资者而言，需要关注的不只是碳化硅器件本身，还有其带来的系统级变革，如新的电源架构、散热解决方案和驱动控制策略。整个产业链的协同创新，才是推动碳化硅技术真正大规模落地的关键。

碳化硅技术的成熟和应用，将是新能源汽车迈向下一个发展阶段的重要标志之一。