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3月底，蔚来首款轿车ET7终于完成了首批车辆的交付，早在2021年NIO DAY新车首次亮相时，其搭载的新一代高效电驱平台就被当做核心卖点。其中，新平台应用的碳化硅（SiC）技术简直被当做了“电车大力丸”一样的存在。综合工况效率91.5%、综合续航里程1000km、整车最大功率和扭矩提升超过20%，仿佛只要碳化硅（SiC）傍身，电动车就成了刚吃完菠菜罐头的大力水手POPEYE，瞬间跑得快、续航远，进入全新纪元。
其中，特斯拉率先于2018年开始在Model 3车型上采用了碳化硅材质的半导体场效电晶体（MOSFET）原件，以降低能耗，成了碳化硅技术的先行者。而2020年7月推出的比亚迪汉EV通过配备自研的碳化硅电机驱动控制器，达成了3.9S的0-100km/h加速时间和更亮眼的续航里程。
因此，蔚来在碳化硅应用方面的地位犹如2021赛季的法拉利F1车手查尔斯·勒克莱尔，略有尴尬的屈居第四。
此外，对于现代、通用集团、奥迪等一众致力于推广800V高压平台的车企而言，研发碳化硅技术在充电设备上的应用几乎是无法替代的必选项。
因此，令人不明觉厉的碳化硅（SiC）到底是一种怎样的神奇材质呢？
相比于芯片制造的传统硅基材料，由于碳化硅在高电压、大功率工作环境下性能更加优异，且电流传导效率更高，因此也可以让采用该技术的电动车更节能，并同时拥有更小巧紧凑的动力系统布局。目前看，碳化硅在纯电动车的电机功率控制模块和充电设备中有着广泛的应用场景和发展空间。
想提升动力、解决里程焦虑？光靠“堆料”可不行！
为了让电动车同时拥有出色的性能和续航表现，当前大多数车厂的惯用伎俩就是疯狂“堆料”。
比如通过直接增加电机功率获得优异的加速性能，尽管这样的做法可以在一定程度上提升动力性能，但新问题接踵而至。首当其冲的是大功率电机额外增加的体积对整车底盘布局带来的困难。至于解决里程焦虑，更是”续航不够，电池来凑”。
今年3月初，特斯拉CEO埃隆·马斯克在社交平台上再度表示了对于以Lucid为首的车企单纯追求续航里程而忽略成本和驾驶质感的不屑。“特斯拉本可以在一年前就推出EPA续航里程达到900km的Model S，但这会使整车的体验变差。”随后他又对自己的观点做出了解释。
IGBT：电动车发展的瓶颈
不断“加码”的电池容积和电机功率不仅对车重和操控带来了负面影响，同时也并未达成提升动力和改善续航的初始目的，而是遇到了全新的技术瓶颈。
其核心原理在于，通过原件内部电容电感的充放电完成直流-交流（AC/DC）或（DC/DC）交流-交流的转换。其在电路中的作用近似于机场、车站等人流密集场所维持秩序的“蛇形围栏”，将“杂乱无章”的电流整理成平滑可控的交流电，再驱动车上的电机等用电器。
但传统的IGBT部件由硅基材料制成，受限于材质自身的物理性质，在实际应用中有很多不足。
此外，IGBT在中低功率下发热比较严重，而这意味在最多的城市内低速使用场景下大量电能的流失。根据丰田主要零部件供应商日本电装（DENSO）的实验数据：搭载IGBT的功率控制单元（PCU）在实际工作中转换损失能量高达25%，而在损失的能量中，80%来自半导体部件（既IGBT）。更为严峻的是，IGBT所用的半导体材料很难在高温状态下稳定工作。
最后，随着电动车动力水平的不断提升，对电机控制器、功率控制单元等部件的功率、工作电流要求越来越高，这就导致搭载IGBT的相关部件体积和重量越来越大。
而随着800V高压平台的普及，硅基IGBT材料愈发逼近技术极限，已然成了制约电动车发展的技术瓶颈。
通用汽车集团高级副总裁Shilpan Amin就曾表示：“电动汽车用户普遍更看重长续航里程，因此我们会将碳化硅视为新车电子架构中的重要组成部分。”
IGBT：电动车发展的瓶颈
碳化硅（SiC）：半导体材料的明日之星
得益于独特的结构优势，碳化硅（SiC）在降低能耗损失方面表现出众，据研究数据显示，在750V高压状态下，碳化硅（SiC）部件比相同的硅基IGBT部件能效增加8-12%，传导损耗减少14%。此外，碳化硅可以在高频状态下稳定工作，得益于此，以该材料制作的控制芯片不及可以实现更快的开关频次（约为IGBT的5-10倍），同时开关损耗比前者下降了75%，这就为相应的软件管理策略预留了更大的空间。主机厂和供应商可以针对控制开关频率开发相应的算法，让输出电流更平滑、损失最小，保证电机的最佳性能。
在轻量化和集成化方面，碳化硅（SiC）也有着与生俱来的优势。由于导通损耗显著降低，因此采用碳化硅（SiC）材质的控制器工作功率密度提升显著，与同等性能的IGBT功率控制部件相比，采用碳化硅（SiC）材质可控制模块体积整体减小70%-80%。
此外，对于众多车厂致力于推广的800V高压平台，会同时让充电效率提升、并更容易实现功率和扭矩的提升，获得更好的加速性能。而适合在高压环境下工作的碳化硅材质几乎是所有推广800V高压平台车企的当前唯一的选择。
既然如此，集众多优势于一身碳化硅真的是电动车企的万金油吗？
答案显然没有那么那么简单，作为大规模量产的障碍，碳化硅面临的首要困难是其高昂的价格，按照目前的市场行情，碳化硅（SiC）器件的价格大约为硅基IGBT器件价格的4到5倍。而造成该现象对的首要原因是碳化硅材质远高于硅基IGBT材质的硬度。这导致制造碳化硅（SiC）部件的厂商，从设备、工艺、处理到切割的一切都需要进行重新开发。
不过，由于搭载碳化硅（SiC）器件后的车辆可以适当简化驱动系统散热设计并削减电池容量，而且在一些乐观的业内人士看来，高昂的成本并非制约碳化硅技术普及的根本原因。据该行业巨头科锐（CREE）提供的数据：SiC逆变器能够提升5-10%的续航，并节省400-800美元的电池成本（80kWh电池、102美元/kWh）。而根据日本罗姆（Rohm）公司的推测，到2025年，几乎所有搭载800V动力电池的车型采用碳化硅SiC方案都将更具成本优势。
从生产工艺看，碳化硅（SiC）成本下降的关键是将衬底尺寸加大。
受制于技术局限，碳化硅目前的主要生产尺寸是6英寸，尽管意法半导体（ST）已经开始量产8英寸衬底，但据该技术普及仍尚待时日。
因此，在众多业内人士看来，碳化硅（SiC）普及面临的最大困难是全球范围内供需关系的失衡。目前全球碳化硅晶圆年产能大约在60万片左右。
由此计算，每张6英寸的SiC晶圆仅能满足两辆Model 3的需求。如果特斯拉按照自身规划在2022年完成全年交付100万辆的目标，则意味着仅特斯拉一家车企，就足以耗尽全球碳化硅产量。不可忽略的是，随着5G、WiFi6等技术的普及，消费电子产品、电力等行业也对碳化硅（SiC）元器件有巨大需求，这或意味着供不应求已成未来碳化硅市场的定局。
另据全球碳化硅市场占比看，科锐（CREE）占据了全球45％的市场份额，日本罗姆（Rohm）的子公司SiCrystal占据20％，II－VI占13％；中国企业方面，天科合达占到5.3％，山东天岳为2.6％，目前主要的市场份额仍掌握在以美欧日为首的国家手中。此外，在SiC衬底制造技术方面，目前国内厂商大多以4英寸为主，6英寸及8英寸规格尚待开发完成，无论产量或质量都与国际先进水平存在较大的差距。
另外，相比于海外成熟的产业链，大多数中国车企尚未与碳化硅供应商建立类似特斯拉与英飞凌/意法半导体这样的稳定合作模式。
编辑点评：与固态电池技术一样，碳化硅无疑是未来几年内新能源车领域最热门的技术之一。在很多车企看来，该技术也是800V高压系统能否落地甚至电动车能否彻底取代燃油车主导地位的关键。但我们也不难发现，目前该技术仍在制造工艺、成本控制及相关部件封装工艺方面存在着不少尚待解决的难题。
介于此，无论是比亚迪汉EV，还是蔚来ET7，都在电机功率控制单元上采用了IGBT与碳化硅混用的解决方案，让整车成本可控的同时也最大限度的提升了性能。另一方面，以特斯拉、奥迪为首的车企则采用了更为激进的全碳化硅解决方案，尽管目前看来在整车成本方面尚处劣势，但随着800V高压技术的普及和相关充电设施建设的推广，未来这些车辆无疑具备更大的OTA升级空间。
在我看来，碳化硅与IGBT并非简单的垂直迭代关系，而是各自有擅长的应用场景，正如目前技术成熟的自动变速箱至今仍不能全面替代手动变速箱一样，电动车领域任何单一技术路线恐怕无法满足全球市场的多样化需求。而对于消费者而言，更多的技术路线也意味更多的选择，而这无疑是整个产业良性发展的基础。
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