GaN要在400V平台的车用领域突破，还要迈过多少坎？

文｜James

图源｜网络

集微网消息，回顾2021年，电动车在“补能”环节的痛点问题将在2022年电动车渗透率进一步提升的过程中升级并爆发，成为行业高度关注的焦点，也将是产业要重点解决的一个环节。

2022年，车桩将往大功率高压快充方向加速发展。目前，从车企动态来看，国内已有7家车企已经或者正在布局800V快充技术，并有望在今明两年陆续实现量产。毋庸置疑的是，800V高压快充会先在高端车型上推广。不过，由于成本较高，因此，800V的高端市场销量不明，仍待时间考验。

而在主力军的中低端车型中，大部分还是沿用400V平台。在这个平台上，在延长续航能力和增强补能环节的效率核心诉求下，GaN功率器件可以一展拳脚，有望迎来市场应用的拐点。

400V平台仍是电动车主流选择

显而易见，电动汽车是汽车产业发展的方向，也是未来超级智能终端。这一块对功率器件需求，电动车相对燃油汽车，对功率器件需求大大增加，从电池管理到电机驱动等等一系列需求也大大增加。

英诺赛科相关人士指出，“在汽车这个领域，因为它是一个长周期的领域，对于氮化镓的应用场景，主要的刚需是车载充电、车载DC/DC逆变器模块，甚至更前沿一些的无线充电等等，氮化镓也会给他们带来不一样的解决方案。”

“车载充电是电动汽车领域比较大的一个市场。800伏电池，可能要用到1200伏或者900V的功率器件，当前氮化镓做不到。但是400V电池、12千瓦这样平台的一些OBC，可以用氮化镓去做，可以显著提升它的充电效率和整个容量。”该人士补充到。

纳微半导体副总裁兼中国区总经理查莹杰告诉集微网，“可以预见的是，从整个全球的市场分布，欧洲基本上都是400V，因为它本身长续航里程对它来说，不是一个最重要的要求。我们预测在2030年之前，欧洲绝大部分的车型还都是以400V为主。”

对于中国市场，他认为是个特例，“因为我们的国土比较辽阔，充电桩的分布也非常广泛。所以，我们可以预判到2030年以前，中国将有将近一半的车可能会从400V到800V。整个全球的比重当中，400V还是主流，这是有共识的，现在Tier1厂商里面，基本上可以看到未来几年发展的平台，车载充电平台还是以400V为主。”

从车到桩，GaN器件在车上的优势

从前述内容不难看出，800V的动力电池系统，主要用于长续航里程的中高端车型，但从全球来看，400V电压仍是主流。而这也是GaN目前的重要目标市场。

“GaN在车上的应用广泛，像低压电池的保护，电池到系统直流端的转变，高压电池的保护，以及在车载充电器、牵引的部分都可以替代硅基功率器件。”前述人士指出。

它带来的好处主要有几个方面，业内人士指出，“首先是充电时间缩短了60%。原来的车载充电器没有相应的标准，其实我们现在产品功率提高到了22千瓦，在相同的体积内把原来的6.6千瓦升级到了22千瓦，让整个充电速度提升了3倍，包括整个车载充电器的体积和重量不会影响到本身车的重量。”

“再有一个就是逆变，GaN器件在双向电路中扮演非常重要的角色，降低5%的电池电量损耗，间接增加5%的续航。也就是说，在同等体积下，他可以让车载充电器的重量大幅度下降，以及提高效率，在逆变的过程中，在消耗电路上的能耗会下降。总的来看，一个是车的重量减轻，第二个是逆变效率会提升，可以延长我们的续航里程。”

凭借着这些优势，GaN的汽车市场潜力巨大。“在一辆电动车里面，氮化镓芯片的TAM（潜在市场总空间）超过250美元，这是一个非常了不起的机会。”查莹杰向集微网透露，“其中，车载充电器接近50美元，还有DC/DC的逆变器大概15亿美元，而在主驱动的应用接近200美元，根据Yole的预计，我们认为到2025年电动汽车中氮化镓芯片市场机会总值超过25亿美元/年。”

GaN要突破，还要迈过多少坎？

尽管在车用市场的潜力很大，但现在车用GaN功率器件仍受可靠性、产品模式、生产模式、设计工艺等方面困扰。这些都是GaN器件在车用市场突围时，要迈过的坎。

可靠性方面，查莹杰强调到，“对GaN器件的测试非常重要，因为氮化镓作为安全性器件，最重要的是可靠性。我们在过去几年间积累了大量的可靠性的数据，这一块有我们的专利在保护我们一些测试的方法。我们的工艺开发风险都是由自己定义的，确保在公用的平台上我们和其他厂商的差别。”

此外，在小型的适配器领域，GaN主要是以芯片的模式存在，但在中大功率，像电动车、充电桩等等中大功率的应用，GaN要从芯片到模块的转型。在模块的设计中，有很多的能耗都是来自于封装的能耗，这对模块的可靠性、稳定性和成本是至关重要的。

这种模式上的转变，也让GaN的生产模式层面发生了些改变。前述人士指出，“从芯片本身的角度来说，大部分厂商都是采用的无晶圆的工作模式。我们做设计，交给代工厂进行流片和光刻等，之后去做封装，我们会把最核心的一些技术，包括工艺、芯片设计以及应用等部分，都握在我们自己手里，这个是传统的无晶圆级的模式。但做大功率产品，尤其是面对中国未来的发展，我们采取了非常开放的方式，包括通过像合资公司、一些战略性合作，以及在模组生产这一块，我们也会进行一些探索。”

除了在应用模式、生产等层面外，氮化镓目前的主要产品都是650V的器件，实测会远高于650V，现在目前的应用场景都在650V这一个档。

而碳化硅最主要的优势是超高压的场景，在高铁、在汽车里面超高压部分元器件都是碳化硅的主打市场。业内人士指出，“两者有一个应用领域的明显界定，目前来看1200V是一个坎。氮化镓的工艺需要不断完善，电压这一块还要往上去提。”

集微咨询高级分析师朱航欧指出：“车规级功率器件市场，目前国内已有众多企业推出了相应产品，并已陆续开始进行上车验证，但由于验证周期较长，期待国内企业在2022年下半年开始有实际的落地应用。总的来说，企业数量持续增加，产线加快建设，供应链开始逐步成型，产业链自主可控能力增强。”

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