假如，擺在你面前的，有兩輛國(guó)產(chǎn)品牌的純電動(dòng)車。一輛用的是韓國(guó)廠商的電池、歐美廠商的電機(jī)，與加拿大代工廠合作生產(chǎn)。另一輛，核心零部件供應(yīng)商中有超過(guò)八成都是國(guó)產(chǎn)的，包含自有公司旗下或國(guó)產(chǎn)自主供應(yīng)商。那么，你會(huì)選擇哪一輛呢?

　　核心技術(shù)這件事，不止是汽車行業(yè)里常常被討論，在任何工業(yè)產(chǎn)品中都容易引起爭(zhēng)議。前兩年，網(wǎng)上盛傳一個(gè)故事——“每年產(chǎn)幾十億支圓珠筆，但筆頭和珠芯的材料80%以上是依靠國(guó)外進(jìn)口。”

　　今天我們都在說(shuō)電動(dòng)化，是中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)“彎道超車”的機(jī)會(huì)。但電池、電機(jī)、電控為核心的三電技術(shù)，我們真的掌握了所有關(guān)鍵性材料和生產(chǎn)工藝嗎?

　　國(guó)產(chǎn)電動(dòng)車，可別再像燃油車一樣重蹈覆轍。

　　一、被忽略的電機(jī)

　　“你們這車用的哪家的電池啊?”——這是如今的消費(fèi)者，在選購(gòu)新能源汽車的時(shí)候，問得最多的問題。要知道，動(dòng)力電池在三電系統(tǒng)(電池、電機(jī)、電控)中是成本占比最高的，并且會(huì)直接影響產(chǎn)品的最終性能表現(xiàn)，所以是用戶購(gòu)車考慮的關(guān)鍵因素。

　　現(xiàn)階段，無(wú)論是自主品牌還是外資品牌，都爭(zhēng)相采用中國(guó)產(chǎn)的電芯。

　　據(jù)能源市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)SNE Research的數(shù)據(jù)，今年上半年，寧德時(shí)代的市場(chǎng)占有率為29.9%，位居全球第一。LG能源解決方案的市場(chǎng)占有率為24.5%，位列第二。此外，比亞迪位列第四，中航鋰電、國(guó)軒高科分別排在第七和第八。

　　在動(dòng)力電池領(lǐng)域，形成了中日韓爭(zhēng)霸的鐵三角局面，中國(guó)有5家企業(yè)上榜，韓國(guó)3家，日本2家。其中，中國(guó)5家企業(yè)的市場(chǎng)份額為43.2%。

　　但事實(shí)上，動(dòng)力電池只是汽車上的儲(chǔ)能單元，驅(qū)動(dòng)車輛最核心的零部件，是電機(jī)所在的電驅(qū)系統(tǒng)，但它卻往往被外界忽視。

　　電動(dòng)汽車的電驅(qū)動(dòng)主要由電機(jī)、減速器和控制器三部分組成。其中，最重要的零部件就是電機(jī)，別看它成本只占汽車成本的約10%，相比之下電控成本約占總成本的11%，電池成本約占總成本超40%。但是車輛的最高車速、加速時(shí)間、爬坡能力等整車性能，與驅(qū)動(dòng)電機(jī)有著密切的關(guān)系。

　　市面上常用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，主要是感應(yīng)異步電機(jī)和永磁同步電機(jī)兩種。

　　簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，永磁電機(jī)能保證更長(zhǎng)的續(xù)航能力，感應(yīng)電機(jī)則能保證更強(qiáng)的性能表現(xiàn)。所以國(guó)內(nèi)中低端電動(dòng)車，大部分會(huì)選用永磁同步電機(jī)，實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的續(xù)航里程。而偏高端電動(dòng)車則更樂意選用感應(yīng)異步電機(jī)，來(lái)滿足更強(qiáng)的動(dòng)力性能。

　　但也有一種方案——“前感應(yīng)異步，后永磁同步”的驅(qū)動(dòng)方案，既保證了長(zhǎng)續(xù)航，又保證了高性能。在特斯拉Model 3的雙電機(jī)四驅(qū)版上，以及蔚來(lái)的中高配車型上都采用了這種“混搭配方”。

　　可以說(shuō)，電機(jī)和電池的發(fā)展多少有些類似。一方面，是兩種技術(shù)路線共存，動(dòng)力電池是三元鋰電池、磷酸鐵鋰兩分天下，感應(yīng)異步電機(jī)和永磁同步電機(jī)也幾乎類似。另一方面，是新材料開始逐步推動(dòng)技術(shù)變革，引導(dǎo)產(chǎn)品進(jìn)步。

　　石墨烯、硅基材料，成為動(dòng)力電池邁入下一個(gè)時(shí)代的關(guān)鍵技術(shù)。而在驅(qū)動(dòng)電機(jī)上，碳化硅成為能耗、性能、續(xù)航等指標(biāo)上升的關(guān)鍵材料。

　　二、國(guó)產(chǎn)供應(yīng)鏈待崛起

　　碳化硅，是最典型的第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有開關(guān)速度快，關(guān)斷電壓高和耐高溫能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。而在電動(dòng)汽車上，電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電池管理中的每一次電流轉(zhuǎn)換都要消耗能量，而碳化硅器件就能夠最大化保證電池輸出的能量的利用效率。

　　遺憾的是，目前，碳化硅功率模塊的完整產(chǎn)業(yè)鏈，并非由中國(guó)自主控制。

　　“這個(gè)模塊本身現(xiàn)在還是進(jìn)口的，因?yàn)橹袊?guó)現(xiàn)在還不具備這樣的產(chǎn)業(yè)鏈，最上級(jí)的襯底材料是Cree，在韓國(guó)工廠做的晶圓，到馬來(lái)西亞做的模塊，然后再發(fā)到中國(guó)來(lái)，然后在我們的南京工廠進(jìn)行壓裝，是這么一個(gè)工藝路徑。”蔚來(lái)電驅(qū)動(dòng)和電池工業(yè)化高級(jí)副總裁曾澍湘表示。

　　簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，碳化硅功率器件的制備過(guò)程包含了：SiC粉末合成、單晶生長(zhǎng)、晶片切磨拋、外延(鍍膜)、前道工藝(芯片制備)、后道封裝。其中，被卡脖子的工藝就是——“單晶生長(zhǎng)”。

　　傳統(tǒng)硅晶圓的制作技術(shù)已經(jīng)非常成熟，原材料只需要加熱到1400℃左右就可以熔化，然后再進(jìn)行一系列操作制成晶圓。

　　但是，碳化硅的制作則要低效得多，需要將原材料加熱到2800℃左右。碳化硅從熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、惰性來(lái)講，是一種非常難以制造的材料，到目前為止，長(zhǎng)晶成品率不足50%，還有大量的空間要改善。

　　全球碳化硅產(chǎn)業(yè)格局呈現(xiàn)了美國(guó)、歐洲、日本三足鼎立的態(tài)勢(shì)。

　　美國(guó)企業(yè)占據(jù)全球碳化硅產(chǎn)量的70%-80%，代表公司是科銳(現(xiàn)在更名為Wolfspeed Inc);歐洲擁有完整的碳化硅襯底、外延、器件以及應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈，代表公司是英飛凌、意法半導(dǎo)體等;日本則在設(shè)備和模塊開發(fā)方面處于領(lǐng)先，以羅姆半導(dǎo)體、三菱電機(jī)、富士電機(jī)為代表。

　　車企在碳化硅的產(chǎn)業(yè)鏈上，參與度并不高。最早，是特斯拉在Model 3的雙電機(jī)版本的前后電機(jī)控制器重，使用到了碳化硅模塊。再往后，就是比亞迪在漢EV四驅(qū)高性能版本上也用到了該技術(shù)，使得其百公里加速進(jìn)到了3.9秒。

　　除此之外，蔚來(lái)ET7也將搭載碳化硅電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)——這套系統(tǒng)，搭配了前永磁電機(jī)180kW，后感應(yīng)電機(jī)300kW，是蔚來(lái)首次應(yīng)用的SiC碳化硅功率模塊。它幫助ET7實(shí)現(xiàn)了更強(qiáng)的加速和和更長(zhǎng)的續(xù)航。

　　ET7的百公里加速3.9秒，是蔚來(lái)旗下加速最快的車型。而且在搭配150kWh電池包的情況下，綜合工況續(xù)航里程數(shù)值超過(guò)1000公里。

　　碳化硅的應(yīng)用對(duì)續(xù)航和加速的影響，只是表面數(shù)據(jù)，蔚來(lái)更希望強(qiáng)調(diào)的是其自研和工程能力。曾澍湘說(shuō)：“全棧的制造，電機(jī)裝配、電機(jī)繞線、工藝控制器的生產(chǎn)裝備我們都有，這些也都是很少見的，這三個(gè)核心零件都具有自我制造能力，也是全球唯二有這樣的生產(chǎn)制造能力。”

　　實(shí)際上，當(dāng)前行業(yè)內(nèi)200kW以上的大功率電機(jī)逐步成熟，外部供應(yīng)鏈也相對(duì)齊全，絕大部分國(guó)產(chǎn)車企都會(huì)選擇采購(gòu)，這樣低成本的方式。

　　曾澍湘則認(rèn)為，首先，蔚來(lái)的定位的高性能電動(dòng)車，對(duì)性能追求比較高，所以對(duì)電驅(qū)的要求就比較高，想通過(guò)外部購(gòu)買成熟的產(chǎn)品不太容易;此外，如果只是做一種后期驗(yàn)證性的開發(fā)，就可能要在產(chǎn)品上做一些妥協(xié)，而蔚來(lái)通過(guò)全段能力的研發(fā)建設(shè)，可以在供應(yīng)鏈和產(chǎn)品設(shè)計(jì)中增加自由度。

　　“行業(yè)的研發(fā)資源是緊缺的，如果是外購(gòu)，你的合作伙伴工程資源能不能保證，實(shí)際上整個(gè)行業(yè)缺什么?比如缺16000轉(zhuǎn)速以上的測(cè)試平臺(tái)，大家都在打架，好歹我們自己有一點(diǎn)，不用全部依賴外部。”曾澍湘說(shuō)，“這就可以增加自由度，保證蔚來(lái)的產(chǎn)品差異化和產(chǎn)品的投放時(shí)間。”

　　碳化硅功率模塊就是最好的例子，曾澍湘說(shuō)，如果自身沒有研發(fā)資源，就要等到別人做成逆變器以后，或者電驅(qū)總成以后才能買，“但今天貨架上沒有碳化硅具備量產(chǎn)工藝的電驅(qū)總成或者控制器，我們是自己上手把這個(gè)做出來(lái)，能比大多數(shù)的友商至少早半年到一年。”

　　三、別光盯著動(dòng)力電池

　　純電動(dòng)車的競(jìng)爭(zhēng)，已經(jīng)從原來(lái)的電池續(xù)航競(jìng)賽，轉(zhuǎn)移到更高一層的競(jìng)爭(zhēng)。業(yè)內(nèi)有這么一個(gè)共識(shí)，碳化硅是打開電動(dòng)車800V平臺(tái)大門的鑰匙。

　　所謂的800V電壓平臺(tái)，早在2019年就在保時(shí)捷Taycan上就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，不過(guò)當(dāng)時(shí)Taycan上的800V平臺(tái)并沒有完全應(yīng)用SiC器件，在功率模塊上還是采用了硅基IGBT。

　　在保時(shí)捷Taycan之后，越來(lái)越多的車企宣布加入到高壓平臺(tái)的大軍中，包括吉利的SEA浩瀚架構(gòu)、比亞迪e平臺(tái)3.0、通用UItium平臺(tái)，以及前兩天，小鵬汽車宣布將推出“中國(guó)首個(gè)配置有碳化硅芯片的800V高壓的量產(chǎn)平臺(tái)”。

　　以小鵬為例，在800V高壓平臺(tái)下，充電峰值電流大于600A，而電驅(qū)最高效率將大于95%，也就是充電5分鐘即可實(shí)現(xiàn)200km的續(xù)航。而配套的480kW高壓超充樁通流能力可以達(dá)到670A以上。

　　車企們?cè)谡?00V高壓平臺(tái)的時(shí)候，無(wú)一例外都會(huì)提到碳化硅。實(shí)際上，碳化硅材料，在當(dāng)下幾乎就是為800V高壓平臺(tái)而生的。因?yàn)樵诓牧咸匦陨?，碳化硅相?duì)于硅材料的主要具備了耐高壓、耐高溫、高頻的優(yōu)勢(shì)。

　　要知道，對(duì)于800V及以上高電壓平臺(tái)中，電機(jī)逆變器是最關(guān)鍵部件之一。但目前400V平臺(tái)中搭配的逆變器基本采用硅基IGBT作為核心，隨著電壓提升，采用碳化硅器件的整體效率提升就越明顯。

　　對(duì)于逆變器而言，800V高壓平臺(tái)下使用碳化硅MOSFET會(huì)比傳統(tǒng)的硅基IGBT整體系統(tǒng)效率提高8%。與此同時(shí)，在相同功率前提下，采用SiC器件的模塊尺寸和重量相比傳統(tǒng)硅基模塊大幅縮小，甚至可以令開關(guān)損耗降低75%。這對(duì)于輕量化與節(jié)能需求極大的電動(dòng)汽車可以說(shuō)是剛需。

　　如果說(shuō)，動(dòng)力電池解決的能源儲(chǔ)存的問題。那碳化硅解決的是最根本的能源效率問題：更高效的電能轉(zhuǎn)換效率，意味著更高的續(xù)航里程，更高的充電效率。

　　不過(guò)，針對(duì)蔚來(lái)的問題就來(lái)了，雖然采用ET7上的電機(jī)應(yīng)用了碳化硅功率模塊，那為什么它依舊是現(xiàn)在較為成熟的400V平臺(tái)呢?

　　“蔚來(lái)現(xiàn)有的平臺(tái)都是在400V的架構(gòu)，主要與整車和電池都有一系列的匹配，在現(xiàn)階段蔚來(lái)的平臺(tái)當(dāng)中都是400V才夠。對(duì)于800V平臺(tái)，蔚來(lái)電驅(qū)動(dòng)和電池工業(yè)化高級(jí)副總裁曾澍湘回答道：“后期上不上800V還是請(qǐng)大家看發(fā)布會(huì)，以后會(huì)有越來(lái)越多新的產(chǎn)品，我們?cè)趦?chǔ)備這方面的技術(shù)，這是不用質(zhì)疑的。”

　　據(jù)曾澍湘介紹，從2015年至今，蔚來(lái)在XPT電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)先進(jìn)制造中心上，累計(jì)投入研發(fā)達(dá)2.5億元(不含研發(fā)薪酬和場(chǎng)地成本)，包括車型匹配與開發(fā)驗(yàn)證相關(guān)的測(cè)試外包約1.3億元、試驗(yàn)臺(tái)架設(shè)備約9600萬(wàn)元、以及近3000萬(wàn)的各類軟件工具費(fèi)用。

　　作為對(duì)比，比亞迪是在2005年組建自身研發(fā)團(tuán)隊(duì)，投入重金布局IGBT產(chǎn)業(yè)。據(jù)財(cái)報(bào)顯示，比亞迪半導(dǎo)體，在2018年、2019年、2020年研發(fā)投入為1.10億元、0.97億元和1.36億元，占營(yíng)收比例分別為8.2%、8.87%、9.42%。

　　目前，比亞迪半導(dǎo)體，是國(guó)內(nèi)唯一實(shí)現(xiàn)碳化硅三相全橋模塊在新能源汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器中大批量裝車的企業(yè)。

　　寫在最后

　　新技術(shù)，往往都是利弊共存的。

　　中國(guó)科學(xué)院電工研究所研究部主任溫旭輝指出，“雖然車用碳化硅控制器功率密度大幅提升、損耗明顯下降，但快速開關(guān)帶來(lái)的電磁干擾問題同樣突出，因此寬頻域電磁干擾預(yù)測(cè)及高密度電磁干擾濾波是今后的行業(yè)研究重點(diǎn)之一。”

　　另一個(gè)問題就是產(chǎn)能。有預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，按照特斯拉Model 3上所使用的器件全部更換為SiC后，平均2輛汽車就需要消耗一片6英寸SiC晶圓。

　　而如果特斯拉能達(dá)到2022年交付量100萬(wàn)輛的目標(biāo)，那么僅特斯拉一家車企就消耗50萬(wàn)片SiC晶圓。要知道，目前全球SiC晶圓的年產(chǎn)能才約為40-60萬(wàn)片，這意味著一家車企就要消耗當(dāng)前全球SiC晶圓的所有產(chǎn)能，這顯然是不合理的。

　　當(dāng)然，無(wú)論是電池技術(shù)中的固態(tài)電池，還是驅(qū)動(dòng)電機(jī)中的碳化硅功率模塊，引入新技術(shù)必然要有人敢于吃螃蟹，遇到問題解決問題，才能實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的量產(chǎn)。最終在規(guī)模化效應(yīng)下，成本不斷下降，性能和效率不斷增強(qiáng)。

　　那么，量產(chǎn)碳化硅+800V平臺(tái)，誰(shuí)會(huì)是第一個(gè)吃螃蟹的人呢?