从航母到理想L9，为什么都用上这种材料，碳化硅有何优势

是碳化硅（SiC）是第三代化合物半导体材料。半导体产业的基石是芯片，制作芯片的核心材料按照历史进程分为：第一代半导体材料（大部分为目前广泛使用的高纯度硅），第二代化合物半导体材料（砷化镓、磷化铟），第三代化合物半导体材料（碳化硅、氮化镓） 。碳化硅因其优越的物理性能：高禁带宽度（对应高击穿电场和高功率密度）、高电导率、高热导率，将是未来最被广泛使用的制作半导体芯片的基础材料。

碳化硅功率模块与同等级的硅基IGBT功率模块相比，碳化硅导通电阻、开关损耗大幅降低，适用于更高的工作频率，另由于其高温工作特性，大大提高了高温稳定性。XPT蔚来驱动科技在新电驱系统中使用了碳化硅模块⌄碳化硅作为一种新型半导体材料，具有开关速度快，关断电压高和耐高温能力强等优点。

而利用碳化硅功率器件设计的电机控制器，能大幅提高永磁同步电机驱动系统的效率及功率密度。在新能源汽车行业，碳化硅能够充分发挥自身的优势，不仅能增强新能源车的动力，还能提升车辆的整体续航表现。

新能源 汽车 的动力系统包括电驱动系统与电源系统两大类

电驱动系统包含电机、电控制器、减速箱，是驱动电动 汽车 行驶的核心部件；电源系统包含车载充电机（OBC）、DC-DC 转换器和高压配电盒，是动力电池组进行充电、电能转换及分配的核心部件。

电驱动产业链涉及环节较多，可以概括为零件—总成—系统—整车厂四大层级。

上游零部件包括永磁体、硅钢体、功率模块、电容、传感器等，这一级的玩家对在整车产业链中属于“三级供应商”。在零部件基础上进一步设计组装得到电机总成、电控总成与传动总成，这一级的玩家可以称为车企的“二级供应商”；各个单独总成进一步集成为电驱动系统供货于车企，这一级玩家为行业“一级供应商”。

1.1. 大三电：电机、电控、减速器

1.1.1. 电机：扁线电机、高压电机带来新机遇

电驱动系统在新能源 汽车 成本中占比仅次于电池。电驱动系统（电机、电控、减速器）是新能源 汽车 动力总成的关键部件，相当于传统燃油车发动机的作用，直接决定整车的动力性能。其成本占比仅次电池，占比绝对值因新能源 汽车 品牌、车型而异。

驱动电机主要技术路径聚焦在永磁同步电机&交流异步电机上。永磁同步电机与交流异步电机的主要区别点在于转子结构，永磁同步电机会在转子上放置永磁体，由磁体产生磁场；而交流异步电机则是由定子绕组通电产生旋转磁场。功率密度、效率（高效率区间）是衡量电机性能的关键指标：

1）功率密度越大代表着相同功率下的电机体积更小，有利于节省空间&制造成本；

2）效率越高，说明电机端损耗越小，相同电池容量下，新能源车续航里程更长。

永磁同步电机为目前应用最多的电机类型，异步电机在高端车型双电机配置下会有部分使用。相比交流异步电机，永磁同步电机功率密度更高、高效区间更宽、质量更轻。

根据第一电动 汽车 网统计信息，2022 年 3 月，我国新能源 汽车 共配套驱动电机 50.97 万台，其中永磁同步电机为 48.60 万台，占比 95%，适用于大部分主流车型；交流异步电机配套 2.09 万台，占比为 4%，主要配套包括特斯拉 Model Y、岚图 FREE、蔚来 ES8、奥迪 e-tron、大众 ID.4 CROZZ 等车型。交流异步电机在高速中应用性能更优，同时具有成本优势（稀土永磁材料成本较高，同功率的永磁同步电机价格更高），目前配套多以高端车型、双电机方案为主 (蔚来 ES8 是前永磁同步+后交流异步，特斯拉 Model Y 2021款采用前感应异步+后永磁同步)。

多电机在高端车型中应用有所增加，故单车配套电机数也随高端市场占比而变化。

相比单电机，双电机可以显著提高 汽车 的加速性能与续航能力。同时，双电机多意味着四驱系统，可以提供更好的附着力，从而提高安全性能。近年来，在高端车型中双电机的应用不断增加，特斯拉、蔚来、奥迪、大众、奔驰都陆续推出搭载双电机的车型。而在法拉第 FF91 和荣威 MarvelX 中更是使用了三个电机。

扁线：可有效提高电机功率密度，减少铜损耗以提升效率。

1）功率密度高：相较于传统的圆线绕组电机，扁线电机将圆形导线换成矩形导线，因此相同面积的定子线槽可以塞进更多面积的导线，进而提高功率密度。

2）效率高、损耗小：铜损耗在电机损耗里占比达 65%，因此为提高电机效率，需采用更合理的定子绕组，从而降低铜耗。此外，扁线截面更粗使得电阻相对更小，铜导线发热损失的能量也越小。而且扁线电机的端部尺寸短 5-10mm，从而降低端部绕组铜损耗。

3）重量、NVH 等方面也存在优势。

发卡电机为应用最广泛的扁线技术，产线投资高，产业化仍处于前期阶段。根据线圈绕组方式差异，扁线电机可分为集中绕组扁线电机、波绕组扁线电机与 Hairpin（发卡）扁线电机，其中发卡电机应用最为广泛。相对圆线电机，扁线电机无法进行手工制造、自动化要求较高——绕组制造过程非常复杂，需要先将导线，制作成发卡的形状，然后通过自动化插入到定子铁芯槽内，然后进行端部扭头和焊接。高自动化及定制化使得扁线电机产线投入较高，根据方正电机，2021 年来公司已先后投资 17.42 亿元用于产线建设，对企业资金实力有较大挑战。

雪佛兰和丰田开启扁线电机应用先河，近年来渗透率不断提升。2007 年，雪佛兰VLOT 采用的电动 汽车 中就有发卡式扁线电机，其供应商为雷米。2015 年，丰田发行了装载扁线电机的第四代普锐斯，其电机供应商为 Denso。在扁线电机更高的效率加成下及内外资电机厂商批量化工艺的成熟，近年来其应用不断增加，2020 年来，保时捷、比亚迪、特斯拉等车企纷纷推出装载发卡式电机的新车型，渗透率不断增长。根据方正电机公司年报，2020 年全球新能源 汽车 行业扁线电机渗透率为 15%，我国扁线电机渗透率约为 10%。2021 年随着各主流车企大规模换装扁线电机，特斯拉换装国产扁线电机，我国扁线电机渗透率已与全球扁线电机渗透率同步增长至 25%。

此外，在高端车型中，搭载扁线电机数量也开始从原来的单电机增加到双电机。例如，保时捷首款纯电动跑车 Taycan 便采用了三电机。

高压：缩短充电时间、提高电机效率以延长里程的重要措施。纯电乘用车电压通常在 200-400V 之间，在同等功率下，当电压从 400V 提升到 800V 后，线路中通过的电流减少一半，产生的功率损耗更小，从而可以提高充电效率、缩短充电时长，进而改善新能源 汽车 使用体验。同时，工作电流的减少将降低功率损耗，继而可以进一步降低同样行驶里程中的电量消耗，从而延长 汽车 里程数。2021 年为我国 800V 高压快充元年，行业发展有望加速。

2021 年来，比亚迪（e 平台）、理想、小鹏、广汽（埃安）、吉利（极氪 001）、北汽(极狐)等车企纷纷布局 800V 快充技术，我国 800V 高压快充行业进入发展加速期。

高压化下对 汽车 电子各环节都将带来新挑战，目前应用仅停留在高端车型。新能源 汽车 要实现 800V 及以上高压平台兼容，除了需要提高电机、电池性能外，PTC、空调、OBC、高压线束等部件都需要重新适配，此外还面临更高电压带来的安全、热管理、成本等多方面挑战。受以上因素影响，目前 800V 高压平台应用还仅停留在部分高端车型。

油冷：采取合理的电机热管理设计可以进一步提升功率密度。电机的功率极限能力往往受限于电机温升极限，因此提高电机冷却散热能力可以快速提高功率密度，同时防止永磁体在高温时发生不可逆的“退磁”。目前常用的冷却方式为水冷，但其无法直接冷却热源，热量传递路径长、散热效率低；相较于水冷，油冷的优势在于油品具有不导电、不导磁、绝缘等性能，因此可以直接接触热源，形成更安全的热交换，提高散热效率。

故相同的绕组绝缘等级下，油冷电机可以承受更高的绕组电流，长期工作功率更高。

1.1.2. 电机控制器：IGBT 掣肘，单管并联纾困

电控系统通过电机控制算法发出信号驱动电机转动，进而控制整个车辆的动力输出。电控系统可分为主控制器和辅助控制器：

1）主控制器控制 汽车 的驱动电机；

2）辅助控制器控制 汽车 的转向电机、制动器、空调等。

我们本文重点讨论的电控系统主要指主控制器，主要由控制板（接受整车控制器的信号指令，运行电机控制算法，发出控制指令给功率板）、功率板（接受控制板指令，频繁通断 IGBT/MOSFET，控制电机转动）、壳体等组成，在控制器中，控制电路板、功率电路板成本主要在于 IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、MOSFET（功率场效应晶体管）、MCU（微控制器）、电源芯片等半导体器件。

电控开发需要从硬件、软件两方面协同进步。类似电机，电机控制器的核心指标同样为功率密度、效率，软硬件的优化也是围绕这两大核心主题展开。

1）硬件角度，功率半导体单管并联方案将具备高性价比优势，或成 A 级以下车型主流硬件配置；而模组方案凭借更高可靠性，在中高端车型占据核心地位。器件方面，碳化硅有望逐步渗透。

2）软件角度，需要在可拓展性、易维护性、功能安全性等方面的不断提高。

功率半导体 IGBT 占电控成本比重较高，主要参与者为国外功率半导体巨头。根据盖世 汽车 数据，2017 年功率板的核心器件 IGBT 模块，占到电控总成本高达 37%。根据Yole，2020 年全球 IGBT 行业销售额 TOP15 公司中共 14 家为国外企业，而英飞凌（Infineon）更是凭借 14.33 亿美元的收入连续多年稳居全球第一。

功率半导体在新能源 汽车 中的应用可分为模组&单管并联这两种路线，两者有各自适用的场景。模组为高度集成的功率半导体产品，保证了电控成品的可靠性&良率高，同时降低了系统设计的复杂度。以 IGBT 为例，由于车规级功率半导体主要被英飞凌等外资占据，其往往提供特定参数规格的标准 IGBT 模组，然而模组参数往往不能很好适配具体需求，因此标准模组在不同功率的驱动电机控制系统中容易出现容量受限、结构安装等问题。若采用多个 IGBT 单管并联（通过复合母排、冷却装置等部件一同封装），则可以根据不同车型灵活设计冗余量，并且单管成本显著低于模块，在成本要求较高的A 级以下车型使用得更为普遍。但多个 IGBT 单管并联时，由于各单管参数的分散性、输出电流的不一致性，可能使系统可靠性较差，整个 IGBT 模组寿命也会缩短，对企业技术、制造能力考验大，故中高端 B 级以上车型通常使用可靠性更强的模组路线。

碳化硅功率器件可显著提高电控效率、功率密度等性能。碳化硅材料具有禁带宽度大、热导率高、电子饱和迁移速率高等性质，相比硅基 IGBT，碳化硅元器件体积更小、频率更高、开关损耗更小，可以使电驱动系统在高压、高温下保持高速稳定运行（硅基IGBT 只能在 200 以下的环境中工作）。根据意法半导体，在 400V 电压平台下，相较于硅基 IGBT，碳化硅功率件有 2-4%的效率提升；在 750V 电压平台下，碳化硅器件有3.5-8%的效率提升。

越来越多的高端车型已采用碳化硅电控。

1）车企角度，2021 年奥迪 e-tron GT 与福特 Mach E、特斯拉 Model S 等新车型也纷纷采用了碳化硅器件。2021 年 10 月，通用 汽车 与 Wolfspeed 签订了碳化硅供应协议，在原材料上抢先布局。国内车企也不断布局碳化硅，比亚迪发布了碳化硅车系平台 e-Platform 3.0，小鹏 G9、蔚来 ET7 等采用碳化硅电控的车型也有望在 2022 年交付。

2）供应商角度，根据精进电动招股说明书，公司采用全 SiC 模块，可以使控制器的功率提高 20kW 同时使其重量减少 6kg，逆变器尺寸缩小 43%。根据英搏尔，碳化硅电机控制器的损耗下降了 5%，电驱动系统整体 NEDC 平均效率提升 3.6%，整车 NEDC 续航提升 30km、增幅达 5.8%。

除了电机控制器外，碳化硅器件在 OBC、DC/DC、无线充电等“小三电”中也有应用。例如，欣锐 科技 早于 2013 年正式将 Wolfspeed 的碳化硅方案应用于 OBC 产品，2021 年为比亚迪 DMi 车型提供碳化硅电源类产品。目前制约碳化硅器件应用的主要因素为成本，伴随着未来碳化硅产业链的发展完善，相关器件应用渗透率将稳步提升。

软件：电控的进步体现在可拓展性、易维护性、功能安全性等方面的不断提高。

1）可拓展性：电控软件开发通常会使用 AUTOSAR 工具链（B 级及以上车把 AUTOSAR 作为“标配”）。AUTOSAR（AUTOmotive Open System Architecture， 汽车 开放系统架构）是由全球各大 汽车 整车厂、汽零供应商、 汽车 电子软件系统公司联合建立的一套标准协议，旨在有效地管理日趋复杂的 汽车 电子软件系统。AUTOSAR 规范的运用使得不同结构的电子控制单元的接口特征标准化、模块化，应用软件具备更好的可扩展性、可移植性，缩短开发周期。

2）易维护性：是指在软件后续使用过程中，及时实现远程更新升级与性能优化。OTA（Over-the-Air）技术可以降低维护成本，创造新的收入来源，目前已经在 汽车 行业包括其控制器总成上持续推广。3）安全性，电驱动系统的控制器总成对新能源 汽车 的动力输出进行直接的调节控制，是保证安全性的重要一环。在 汽车 行业逐步引入 ISO26262 标准之后，基于功能安全的车用软件开发对电控软件提出了新的要求。

1.1.3. 减速器：单档路线为主，两档减速可以期待

电机高速化趋势明显，带动减速器向两档减速方向发展。减速器是影响电驱动系统整体 NVH 性能的关键。按照传动等级分类，减速器可以分为单级减速器、两档减速器以及两档以上减速器。在电机高速化的趋势下，减速器正在经历从单级到多档的产品演变过程。目前，丰田普锐斯和特斯拉 Model 3 电机转速均已达到了 17900rpm，国内车企转速略低，但基本也都达到了 16000rpm，下一步规划便是 18000-20000rpm，电机高速化性能的提升需要相应的高性能减速器来配套。

单级减速器结构简单、成本较低、体积小，因此目前仍为主流应用。但在高转速区间，单档减速器由于传动比单一，在最高或最低车速以及低负荷条件下，电驱动效率会下降，浪费电能而减少行驶里程，此外减速器高转速时会带来 NVH 等问题。

两档减速器在混动车中率先应用，纯电动车应用可以期待。相较于单档减速器，两档减速器一方面使驱动电机在更高效的区域运行，从而提升驱动系统效率。另一方面，采用两档减速器后，传动比可以做到更高， 汽车 动力性随之增加、减少百公里加速时间。

此外，采用两个档位后，驱动电机可以更加小型化、低速化，从而降低电机及电控的成本。目前，采埃孚、GKN、麦格纳、Taycan 等企业均已推出两档减速器产品。

1.2. 小三电：OBC、DC/DC、PDU

“小三电”是 OBC、DC/DC、PDU 三大类电源产品，三者一同搭建了 汽车 内部的“能源网络”。OBC（充电机）负责将来自电网的交流电转换成直流电给电池充电； 汽车 电气电子系统中，不同部件需要的电压等级不尽相同，故需要 DC/DC（直流-直流变换器）转换电压；PDU（高压配电盒）负责内部“电气能源网架”的互联互通。

半导体器件成本占比较高，部分仍依赖进口。根据威迈斯招股说明书，在电源产品中，半导体器件、电容电阻为主要成本构成，占比分别为 23%和 16%。而由于半导体器件与部分电容产品国产化水平较低，多数公司仍采用外资供应商为主。例如，威迈斯主要供应商为 TI、英飞凌、意法半导体、贵弥功等，2016-2018 年公司进口原材料金额占比分别为 22.30%、19.96%、28.71%，其中 IGBT、MOSFET 海外主要供货商英飞凌占比最高，2016-2018 年采购金额占比分别为 3.18%、6.61%、7.28%。

技术持续演进，集成化趋势同样显著，软硬件能力都将迎来考验。早期车载电源产品主要采用模拟控制技术，产品功能较为单一，配套的软件只具备检测功能，不能实现精准控制。之后车载电源产品向数字化技术转变，能够实现复杂的控制算法，实现输出参数的灵活调整和精准控制，提高了软件系统的操控性，包括车载电源的诊断、升级和参数调整等应用需求。下一代车载电源产品将向集成化转变，在硬件、软件、体积、重量四个维度实现创新突破。硬件上有望将进一步采用更高性能的碳化硅器件；软件上将开发过程转换为模型化编程及满足 AUTOSAR 的接口方式，提升软件稳定性和灵活性；在体积和重量上实现小型化、轻量化。

1.3. 集成化：1+1+1 3，深度集成方兴未艾

1+1+1>3，电驱动由最初“结构集成”向“深度系统集成”演进，集成化“多合一”总成产品成为主流趋势。以往动力系统的电机、电控、电源多单独采购，根据其电气、机械结构进行集成组装；随着新能源 汽车 零部件要求不断提高，“多合一”总成产品通过巧妙设计将电机、电控、减速器、电源“深度集成”，减少彼此间的连接器、冷却组件、高压线束等部件。“多合一”集成式系统相比分体式产品的优势主要体现在以下方面：

1）性能更优：降低了各部件之间连接部位的效率损耗，提高整车的 NVH 性能，从而提高了集成系统的可靠性；

2）成本更低：集成式电驱动系统可以减少车内部的高压线束、连接器数量，节约线束与连接器成本，从而使集成式系统更具有经济性。

3）更省空间：集成式产品体积更小、重量更轻，有利于节省车内空间。

集成化电驱动系统渗透率不断提升。根据 NE 时代新能源，2020 年/2022 年 1-4 月我国新能源乘用车“三合一”电驱动系统搭载量为 50.27/79.26 万台，渗透率为44.91%/61.63%，目前基本涵盖大部分 A 级车、B 级以上车型。

现有集成产品以“三合一”为主，集成度更高的“多合一”新产品也在不断问世。

根据 NE 时代新能源，2022 年 1-4 月新能源乘用车搭载的电驱动系统中，分体式、电机/电控“二合一”合计占比为 44%，“三合一”占比为 52%，“多合一”占比为 4%。同时，OBC、DC-DC、PDU 等充配电系统集成产品应用也不断增加，结合电驱系统集成产品将形成集成度更高的多合一平台。

华为 DriveOne“七合一”电驱动系统打造多合一集成新标杆，比亚迪和上汽变速器也陆续推出多合一产品。

1）华为七合一系统集成了 MCU、电机。减速器、DC-DC、 OBC、PDU、BCU 七大部件，具有开发简单、适配简单、布置简单、演进简单等优势。

相较于“三合一”，该产品体积减少 20%、重量减轻 15%。此外，华为 DriveOne 系统可实现 7dB 的超静音，并具有 80%NEDC 效率，提升整车驾驶体验。根据 NE 时代新能源，华为“三合一”电驱动总成已在长安 CS-GXNEV 和赛力斯 SF5 两款车型中得到应用，但目前其七合一产品还没有在整车中的应用案例。

2）比亚迪“海豚”八合一系统即成立VCU、BCU、PDU、DC-DC、OBC、MCU、电机、减速器八大部件；

3）上汽变速器&威迈斯的七合一系统集成电机、电控、减速器、OBC、DC-DC、PDU、BCU 七大部件。

1.4. 总结：千亿空间市场广阔，技术变革推动天花板不断打开

据前文所述，新能源 汽车 电驱动、电源系统围绕“高效率区间、高功率密度”等核心性能，其技术迭代仍在演进，而且针对不同车企、不同车型大多需要“量身定制”。

截至 2022 年 4 月，国内电动车销量结构成“纺锤形”——B 级和 A00 级车型销量占比较高。分车型来看电驱动技术，1）A/B 级及以上中高端车型通常因价格较高、可降本空间大，性能要求高，故对“三合一”乃至“六合一/七合一”等更青睐，扁线、碳化硅有 望率先在中高端车型进行渗透。2）A00/A0 级的低端车型对成本要求更高，故倾向于采 购分体式产品，部分也会采用成本低的“三合一”。即使对同一级别车型，不同车企及电动化平台均有各自技术架构，需要电驱动企业去配合设计，故当前定制化水平仍较高。

1）技术变革带动需求结构变化：在电机技术方向上，扁线电机渗透率有望在未来5 年快速提升，我们假设 2025 年在电驱三合一市场的综合渗透率将达到 87%；在单车配套电机数量上，双电机目前仍主要应用于高端车型，我们假设 2025 年双电机在电驱三合一市场综合渗透率将达到 5%。在电控方向，由于碳化硅性能优势较强，近年应用增长较快，考虑其降本速度，我们假设碳化硅电控渗透率稳步提升、2025 年在电驱三合一市场综合渗透率达到 26%。

2）规模化带动价格下降：电机方面，扁线电机厂家近年产能扩展迅猛，我们预计规模化将带动价格快速下降，同时随着扁线电机渗透率提升，与圆线电机价格差异持续缩小，经济性更为突出；电控方面，碳化硅同样持续降本。

3）集成化占比提高：我们将电驱动&电源市场分为分布式、二合一、三合一（含少量“多合一”），我们假设“三合一”渗透率不断提升、2025 年达到 59%（基本覆盖 A 级及以上的车型）

行业参与者可分为“三大阵营”：整车厂自供体系、动力系统集成商、第三方电驱动供应商。

1）整车厂自供体系（in-house）：出于供应链安全、成本控制等考虑，整车厂多设立子公司或合资公司自供电驱动、电源产品，代表公司有特斯拉、比亚迪旗下的弗迪动力、蔚来旗下的蔚然动力、长城旗下的蜂巢能源等。

2）动力系统集成商（Tier1）：通常为海外 汽车 零部件巨头，如联合电子、日电产、博世、大陆、博格华纳等，凭借深厚的技术、工艺等积淀拓展至新能源 汽车 领域，本身产品力强、产能规模大，且具备全球主流车企客户资源。

3）第三方电驱动供应商：近年来快速崛起，独立第三方根据业务侧重点可以分为电控为主、电机为主的厂商，但是在集成化的趋势下，企业通常会同时布局电机、电控、电源与“多合一”系统。根据公司业务结构差异，又可分为以下几类：

1） 整车厂自制 VS 向第三方外采：

我们认为，未来 5-10 年仍将是自主品牌与新势力车企崛起的机遇期。一方面由于新能源 汽车 更新换代速度要高于传统燃油车，相比外资品牌，自主品牌的“包袱”更小，能够更加快速地进行变革。另一方面，新能源 汽车 扎根本土，对消费者需求有更深刻的认知，可以敏锐捕捉到消费者需求变化并快速响应。

上述核心车企采购逻辑（自制 or 开放供应链）影响了第三方可触及的市场空间。

对于前述的“中高端、中端、中低端”市场，车企通常有各自的采购偏好：

2021 年/2025 年第三方供应商总体销量份额为 40%/60%。整车厂前期因新能车出货量相对不大，部分车企选择自制电驱动/电源系统，但后期随新能源车年销量过百万辆、车型品类丰富等，对自制体系的成本控制能力、快速研发能力、产能等都提出较大挑战。届时，我们预计第三方凭借技术平台完备，以标准化促定制化开发，叠加定点车型销量较大，规模效应强劲，在成本、开发速度、产能方面均具备更强竞争优势。不同于燃油车，电池、电驱作为新能源 汽车 中最重要的板块，如果全部外包给第三方供应商，那么留给车企的参与环节将大幅减少，这将不断降低产业壁垒，缩小盈利空间，因此从整车厂的经营战略来考虑，部分车企未来仍会坚持“部分自供”。综上，我们预计多数整车厂在性能要求苛刻的中高端平台（B 级及以上）部分采用自供体系、部分外供，中端、中低端市场的车型开放供应链给第三方。结合上一节不同品牌车的销量占比数据，我们测算 2021 年第三方供应商总体销量份额约 39.96%，至 2025 年份额有望提升至 60.38%。

2） 第三方供应商竞争焦点（第三方 VS 第三方）：

国内主流厂家在技术上和海外 Tier1 的差异在逐步缩小。海外 Tier1 在传统车零部件研发生产上走在世界前列，但是近年来我国电驱动供应商在技术上不断实现突破，与国外先进水平差距逐步缩小，核心性能基本与海外 Tier1 相差不大，在新技术路线的布局方面也处于同一起跑线甚至领先一步。

高压化（基于碳化硅的电驱动产品）：在电机方面，方正电机基于 800V 碳化硅平台的驱动电机目前已完成客户项目定点，有望于 2022Q3 量产。在电控方面，日立为保时捷 Taycna 提供了基于 Si-IGBT 技术的 800V 的逆变器。在电驱动总成方面，汇川技术、臻驱 科技 、中车时代等都已推出了应用碳化硅的驱动集成产品，其中汇川的第四代动力总成已在小鹏 800V 高压平台车型中实现量产。

扁线电机：方正电机、大洋电机、华域电动等生产的扁线电机均已得到应用，例如方正电机产品已量产配套蔚来 ET7，大洋电机已量产配套北汽 48V BSG。

智通 财经 APP获悉，浙商证券发布研究报告指出，受益新能源车爆发，SiC产业化黄金时代将来临。Yole预计2026年SiC功率器件市场规模将达45亿美元，2020-2026年CAGR为36%。SiC衬底的市场空间方面，预计2025年新能源车加光伏逆变器市场需求达261亿元，2021-2025年CAGR达到79%。目前国内外差距在逐步缩小，国产替代可期。目前海外龙头（Wolfspeed、II-VI占据60%以上市场份额）已实现6英寸规模化供应、向8英寸进军；国产厂家（天岳先进、天科合达、晶盛机电、露笑 科技 等）以小尺寸为主、向6英寸进军。浙商证券重点推荐晶盛机电（300316.SZ）。

1）高压、高功率应用场景下性能优越,适用于600V以上高压场景。相同规格的碳化硅基MOSFET与硅基MOSFET相比，尺寸减小至原来1/10，导通电阻降低至原来1/100，总能损耗降低70%，能源转换效率提高。下游应用新能源车、充电桩、光伏、风电、轨道交通等领域。

2）受益新能源车爆发，SiC产业化黄金时代将来临。Yole预计2026年SiC功率器件市场规模将达45亿美元，2020-2026年CAGR=36%。新能源 汽车 是碳化硅功率器件市场的主要增长驱动，应用端：解决续航痛点。成本端：单车可节省400-800美元的电池成本。客户端：特斯拉等车企相继布局。目前特斯拉仅使用在主逆变器上、未来有进一步应用提升空间。

3）性价比是决定SiC器件大批量使用的关键，衬底制备为碳化硅性价比提升的核心。在碳化硅器件的成本占比当中：衬底、外延、器件分别占比46%、23%、20%。衬底为碳化硅降本的核心、也是技术壁垒最高环节，是未来SiC降本、大规模产业化推进的核心关键。

SiC衬底：新能源车+光伏需求潜力巨大；国内外差距逐步缩小、国产替代可期

1）市场空间：预计2025年新能源车+光伏逆变器市场需求达261亿元，2021-2025年CAGR=79%。新能源车：目前单特斯拉Model 3/Y一年需求量就能消耗全球SiC晶圆绝大产能。我们测算如2025年SiC在新能源车渗透率达60%，预计6英寸SiC衬底需求达587万片/年，市场空间达231亿元。光伏逆变器：“大组件、大逆变器、大组串”时代，光伏电站电压等级从1000V提升至1500V以上，碳化硅功率器件有望成为标配。我们假设2025年碳化硅渗透率提升至50%，对应SiC衬底市场达30亿元。行业核心瓶颈在于供给端不足。

2）竞争格局：国内外差距在逐步缩小，国产替代可期。目前海外龙头（Wolfspeed、II-VI占据60%以上市场份额）已实现6英寸规模化供应、向8英寸进军。国产厂家（天岳先进、天科合达、晶盛机电、露笑 科技 等）以小尺寸为主、向6英寸进军。但可观测到，国内外差距正在缩小、且整体差距小于传统硅基半导体。国内外差距已从过去的10-15年（4英寸）、缩小至5-10年以内（6英寸）。预计未来向8英寸进军过程中，差距是、有望进一步缩小。

3）生产工艺：较硅基半导体难度大幅增加；长晶环节是关键。碳化硅衬底属于技术密集型行业。核心难点在于：长晶工艺复杂（只有4H型等少数几种是所需的晶型），生长速度慢（每小时仅能生长0.2-0.3mm，较传统晶硅慢近百倍以上），产出良率低（硬度与金刚石接近，切磨抛难度大）。“产学研用”为国内碳化硅衬底发展的重要推进动力。国内高校和科研单位主要包括中科院物理所、山东大学、上海硅酸盐所等。

4）行业趋势：降本是产业化核心，向大尺寸延伸。目前6英寸SiC衬底价格在1000美金/片，数倍于传统硅基半导体。未来降本方式包括：提升材料使用率（大尺寸化，由4英寸向6英寸、8英寸延伸）、降低制造成本（提升良率）、提升生产效率（更成熟长晶工艺）。

SiC衬底设备：与传统晶硅差异较小，工艺调教为核心壁垒

主要包括：长晶炉、切片机、研磨机、抛光机、清洗设备等。与传统传统晶硅设备具一定相通性、但工艺难度更高。碳化硅衬底第三方设备厂商较少，企业更多为设备+制造一体化布局为主，便于将核心工艺机密掌握自己手里。设备+工艺联合研发、形成互哺是关键。

投资建议

风险提示：研发进度不及预期风险；国际贸易争端加剧风险。

电机控制器就是用来控制电机的，负责给电机发送指令，可以理解为新能源汽车的“大脑”，它是将直流电转化为频率可调的交流电，从而驱动电机。因此它能力、效率的高低会影响电驱系统的能力、效率的高低。

目前电动车车企大多采用传统硅基IGBT功率模块作为电机电控的核心部件，但传统硅基IGBT由于它自身特性，天生会有一些劣势。最主要的劣势是传统硅基IGBT电压范围窄、通过的电流不够大。一旦它通过的电流不够大，就会使得电机无法100%的发挥其真正的“威力”，从而影响动力系统最大功率和扭矩的输出。

XPT蔚来驱动科技第二代电驱系统电机中，就应用了碳化硅模块。得益于碳化硅独特的物理特性，ET7的永磁同步电机、异步感应电机的效率及功率密度也得到了大幅度提升。而利用碳化硅功率器件设计的电机控制器，能大幅提高永磁同步电机驱动系统的效率及功率密度。

广泛的。碳化硅具备耐高压、耐高温、高频、抗辐射等优良电气特性，突破硅基半导体材料物理限制，是第三代半导体核心材料。碳化硅材料主要可以制成碳化硅基氮化镓射频器件和碳化硅功率器件。受益于5G通信、国防军工、新能源汽车和新能源光伏等领域的发展，碳化硅需求增速可观。

顾名思义，电机控制器就是用来控制电机的。如果把新能源汽车中的电驱系统看作是一台计算机，那么电机控制器就是它的“CPU”。它主要负责将直流电转化为频率可调的交流电，从而驱动电机。因此它能力、效率的高低会影响电驱系统能力、效率的高低。

目前电动车车企大多采用传统硅基IGBT功率模块作为电机电控的核心部件，但传统硅基IGBT由于它自身特性，天生会存在一定的问题。传统硅基IGBT电压范围窄、通过的电流不够大。而通过的电流不够大，就会使得电机无法100%的发挥其真正的实力，从而影响动力系统最大功率和扭矩的输出。

相比而言，碳化硅功率模块就弥补了这两方面的不足。蔚来就是使用的碳化硅功率模块，电压范围更宽，能通过更大的电流。所以蔚来ET7动力系统才能够实现更大功率、扭矩的输出。百度里面也有详细介绍。

36氪首发丨「基本半导体」完成数亿元C4轮融资，将推进国产碳化硅“上车”

36氪

原创

2022-9-23 12:34 · 36Kr官方账号

作者丨邱晓芬

编辑丨苏建勋

36氪获悉，深圳「基本半导体」宣布完成数亿元C4轮融资，由德载厚资本、国华投资、新高地等机构联合投资，现有股东屹唐长厚、中美绿色基金等机构继续追加投资。

本轮融资将用于进一步加强碳化硅产业链关键环节的研发制造能力，提升产能规模，支撑碳化硅产品在新能源汽车、光伏储能等市场的大规模应用，提升基本半导体在碳化硅功率半导体行业的核心竞争力。

「基本半导体」创立于2016年，研发方向是第三代半导体碳化硅功率芯片及模块，覆盖材料制备、芯片设计、封装测试、驱动应用等产业链关键环节，核心产品包括碳化硅二极管和MOSFET芯片、汽车级碳化硅功率模块、碳化硅驱动芯片等。

在“双碳”的背景下，各行各业面临着低碳转型挑战。相比前两代半导体材料，以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体材料具有更高的禁带宽度，能够在高温、高压、高频的环境下工作，同时功耗也更低。

据介绍，碳化硅功率器件可大幅提升电动汽车电机控制器的功率密度和效率，在降低电池成本、增加续航里程、缩短充电时间、减少整车重量等方面的表现更为优秀。

为此，近年来众多车企开始采用碳化硅器件。特斯拉是最早量产应用的车企，国内比亚迪、广汽、小鹏等车企也开始在新车型中搭载碳化硅功率模块。

「基本半导体」创始人汪之涵博士向36氪表示，第三代半导体已经从几年前的导入期进入到了如今的大规模应用阶段，尤其是汽车行业对此产品的需求度大为提升。

汪之涵告诉36氪，尽管碳化硅功率器件的单体成本更高，但放在整车上，能够显著提升效率和性能，综合提升续航里程；再加上最近几年，碳化硅功率器件的技术和可靠性持续提升，未来随着应用规模的提升，产品成本有较大的下降空间。他表示，碳化硅在新能源汽车领域替代硅基IGBT已成为必然趋势，汽车领域也成为碳化硅功率半导体最大的应用市场之一。

据介绍，「基本半导体」的优势一方面在于产品创新，所研发的第三代650V、1200V系列碳化硅二极管和混合碳化硅分立器件，实现了更高的电流密度、更小的元胞尺寸和更强的浪涌能力。

此外，在汽车级碳化硅功率模块方面，「基本半导体」的半桥MOSFET模块Pcore™2、三相全桥MOSFET模块Pcore™6

光明网讯 9月28日， 2020年“全球新能源 汽车 前沿及创新技术”评选结果在2020世界新能源 汽车 大会上发布。清华大学教授、中国科学院院士、大会 科技 委员会联合主席欧阳明高代表大会公布了本年度评选结果，共有7项创新技术和7项前沿技术入选。

本次评选于2020年2月份正式启动，来自全球新能源 汽车 主要技术领域的27位知名专家学者组成世界新能源 汽车 大会 科技 委员会，负责本次评审工作。本次评选从整车集成与控制、动力电池、燃料电池、驱动系统、智能化、轻量化及新材料、能源供给、其他相关技术等8个技术方向共征集了百余项前沿及创新技术。

经形式审查后，有56项创新技术和51项前沿技术进入初评环节；经过初评后，有12项创新技术和10项前沿技术进入终评环节。经过最后评审，7项创新技术和7项前沿技术脱颖而出。

据介绍，此次获奖的7项创新技术已实现量产化应用，有效地提升了新能源 汽车 的技术水平；而获奖的7项前沿技术则展示了全球基础研究的最新方向，为今后新能源 汽车 科技 创新指出了新的方向。（战钊）

链接

2020年7项创新技术

1、高集成刀片动力电池技术

——弗迪电池有限公司

高集成刀片动力电池技术，是全球首创的具有高集成效率、高安全防护的动力电池技术。该技术突破传统拉深/挤出工艺制约，并攻克超薄铝壳焊接技术，成功开发长宽比为10:1、厚度为0.3mm的超长超薄铝壳刀片电池，打破传统电池系统的模组概念，利用刀片电池独特长宽比特征，实现超长尺寸电芯的紧密排列，获得超过60%的体积集成效率。与传统电池系统40%的体积效率相比，体积集成效率提升50%，使得搭载磷酸铁锂体系的纯电动 汽车 续航里程达到600km。同时，基于磷酸铁锂先天的安全优势，刀片电池的紧密组排设计、多功能集成包络设计和系统三明治式结构设计可以从多层级多维度保障动力电池系统安全。

2、面向海量场景的自动驾驶云仿真平台技术

——深圳市腾讯计算机系统有限公司

该技术在计算节点中闭环运行全栈自动驾驶算法，并利用云计算的强大算力，支持一万个以上场景的并行计算，使得1000个测试场景的运行时间从2天大幅缩减至4分钟，并实现全自动化测评。在虚拟城市中数以千计的自动驾驶车辆不间断的持续行驶，并通过随机工况和激进交通流提升测试复杂度。云仿真节点中通过数据压缩、场景分割、网络策略模型、流量锁、全局帧同步等机制保证了仿真时序一致性和通讯效率。同时，为实现高精度场景建模，使用多传感融合技术自动计算三维模型位姿、网格和匹配纹理，自动化率超过90%，三维场景相对误差小于3cm。该技术实现了高并发、高效率、高容灾、低成本，保障数据安全和资源的有效利用。

3、动力电池高效成组CTP技术

——宁德时代新能源 科技 股份有限公司

动力电池高效成组CTP技术打破了行业固有的“单体成组模组再成组电池包” 三级成组设计思维，从电池包结构高度集成、新工艺研发以及热管理优化等方面开发了全新的动力电池高效成组CTP技术，实现两级成组—“单体直接成组电池包” 。CTP技术将电池包的重量成组效率从行业平均水平70%提升至80%，体积成组效率从56%提升至65%，零件数量减少25%。同时，减少了传统模组的生产工序，生产效率提高20%。量产电池包重量能量密度超过170Wh/kg，同时在研产品电池包重量能量密度达到215Wh/kg。

4、一体化大功率燃料电池系统技术

——上海捷氢 科技 有限公司

一体化大功率燃料电池系统技术通过采用超薄金属双极板、低Pt催化剂、空气侧无外增湿及智能控制策略，有效缩小了燃料电池系统体积，降低成本。搭载该技术的燃料电池系统功率可达到92kW，体积功率密度达到956W/L，贵金属Pt载量为0.35mgPt/cm2，可应用于乘用车和商用车双平台，尤其是能满足作为未来重点发展方向的中重型货车功率的需求。同时，该技术通过建立质子交换膜中水含量状态的在线智能检测与控制策略优化，实现-30℃的无辅助热源的低温启动，可补足目前纯电动技术在寒冷区域应用不足的空白，形成优势互补局势。

5、800伏碳化硅逆变器技术

——德尔福 科技

该逆变器技术的核心是开发和应用了Viper电源开关。该开关高度集成了双面散热技术，并将原来的硅质绝缘栅双极晶体管（IGBT）电源开关更换为了碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）开关。与前几代逆变器相比，可以减少40%的重量，缩小30%的整体尺寸，提高25%的功率密度，同时可以减少最高70%的开关损耗。该技术下的逆变器可以赋能电压高达800伏的电气系统，相比如今最先进的400伏系统，因重量和损耗的较少，它可以提升电动 汽车 （EV）的行驶里程并将充电时间缩短一半。

6、基于升腾AI的自动驾驶云服务技术

——华为技术有限公司

华为自动驾驶云服务HUAWEI Octopus基于“升腾910”AI芯片和AI训练平台，通过软硬件加速，自动分析算法、并行仿真等技术实现车云协同的自动驾驶数据快速闭环。Octopus提供数据、训练和仿真三大服务。Octopus突破了真实世界时空的约束，在仿真空间更高效地运行算法，快速得到算法里程数据和性能评测数据，旨在降低自动驾驶开发门槛，让自动驾驶开发变得更智能、更高效、更便捷。

7、车用金属双极板燃料电池电堆技术

——新源动力股份有限公司

通过开发宽电流适应性膜电极、高效流体分配金属双极板和自调节集成化电堆结构，实现了燃料电池电堆的高比功率和高可靠性，电堆功率密度达到4.2kW/L，并完成了电堆及其关键部件的工程化开发，成功通过38项车规级验证。经电堆、发动机台架及整车的振动试验、环境标定试验、碰撞试验以及路况测试表明：金属双极板燃料电池电堆可以满足全天候环境车用要求，为氢燃料电池 汽车 的商业化应用提供了关键部件和技术支撑。

2020年7项前沿技术

1、高电压镍锰酸锂正极材料及电池技术

高电压镍锰酸锂材料具有高电压、高能量密度、低成本、高安全和快锂离子传导特性，是下一代动力电池的主流正极材料之一。在高电压下，电极材料与电解液之间剧烈的副反应是限制镍锰酸锂材料商业化的最大障碍，解决该问题的关键就是构造稳定的正极材料与电解液界面和耐高电压的材料体系，具体包含高电压正极材料表面改性技术，高电压镍锰酸锂材料电解液开发匹配技术，高电压辅助配套材料的匹配改性技术，这些技术也将推动电池行业向高电压、高能量密度和高安全的目标前进。

2、新型无氟碳氢质子交换膜技术

新型无氟碳氢质子交换膜表现出较强的化学耐久性，较高的离子交换率使其电导率是目前领先的全氟磺酸膜的1.5-2倍。同时显著降低了氢气的渗透，这不仅减少了寄生电流密度的损失，而且可以减少由渗透的氢和氧气反应所产生的过氧化氢。碳氢质子交换膜的低气体渗透性主要是由于碳氢聚合物的气体溶解度比含氟聚合物低，碳氢膜低氢气渗透率的特性，可以减少铂层带状化，增加催化剂层寿命。同时，减少氢气渗透降低了燃料电池系统对氢气排放的要求，提高了整体氢能效率和续航能力。

3、基于3D结构复合载体的铂基合金催化剂技术

本技术采用石墨烯为载体材料，以阳离子聚合物PDDA功能化的碳黑为间隔物，与氧化石墨烯通过静电作用自组装，解决制备过程中石墨烯片层发生堆叠的问题；经化学还原得到三维石墨烯/功能化炭黑复合材料，然后担载Pt及其合金纳米粒子，制得基于3D结构复合载体的铂基合金催化剂。制备的催化剂，具有独特的核壳结构可避免过渡金属的腐蚀，电化学活性、稳定性优异， Pt利用率大幅提高，成功实现了Pt用量及燃料电池成本的降低。

4、聚合物复合固态电解质技术

固态锂电池以其高比能、高安全等显著优势，成为未来新能源 汽车 发展的核心动力，设计和制备物理与电化学性能优异的固态电解质迫在眉睫。“刚柔并济”的聚合物复合固态电解质设计理念，是以尺寸热稳定性好的“刚”性材料为骨架支撑，复合电化学窗口宽、室温离子传输性能优异的“柔”性聚合物材料和高离子迁移数锂盐，有效解决了单一聚合物电解质尺寸热稳定性差和力学强度低，以及单一无机固态电解质界面传输和加工性能差的瓶颈问题，利用该聚合物复合电解质研制的固态锂电池具有高安全、高比能、高耐压、长寿命等突出特点，是未来新能源 汽车 动力电池技术的重要选择。

5、智能驾驶感知计算平台技术

智能驾驶感知计算平台是实现 汽车 智能化的基础，是机器替代人的眼睛识别外部环境，迈向无人驾驶的前提。智能驾驶感知计算平台基于车载人工智能计算处理器和视觉算法的深度融合优化，利用先进的车载视觉传感器、雷达等感知设备，支持针对复杂场景的细粒度、结构化的语义感知，对高度可扩展、模块化的三维语义环境重建以及透明化、可追溯、可推理的决策和路径规划。满足不同场景下高级别自动驾驶运营车队以及无人低速小车的感知计算需求，支撑L3及以上级别自动驾驶技术突破和应用示范。

6、高功率密度硅基氮化镓功率模块技术

硅基氮化镓功率模块具有较低内阻，较高功率密度，较高效能和良好高频切换特性等优点。以上性能可提高功率模块的散热性能，跟传统硅基组件相比可提高30%以上的效率，在应用上有很大的优势，可以有效减少驱动逆变器系统体积，降低系统成本。受限于单颗芯片输出电流较小，暂时无法使用于车用驱动逆变器。但通过芯片并联与应用高导热键合材料来降低热阻提升整体电流输出，可以实现高功率密度和每相可输出350A大电流的高功率硅基氮化镓功率模块。目前，硅基组件中MOSFET无法耐高压 、IGBT开关切断速度不够快造成能量的损失较大，随着硅基氮化镓成本的降低，未来在车载充电机，驱动逆变器，车辆到电网的电力储存等新能源 汽车 市场应用上氮化镓有较大的应用发展潜力。

7、扇形模组轴向磁场轮毂电机技术

扇形模组轴向磁场轮毂电机是具有扇形模组定子绕组、制动盘和电机转子一体化设计的新型轴向磁场电机。应用到乘用车上能有效降低轮毂电机的簧下质量，能有效结合液压制动以保证车辆制动安全性，能避免与现有车辆底盘悬架零部件的运动干涉。关键技术涉及扇形模组定子绕组设计封装技术、制动盘和转子一体化设计制造技术、电磁和机械耦合的NVH技术、扇形模组电机的控制技术。应用该技术可以形成独立转向的驱制动一体化零部件，可以形成分布式驱动系统和混合动力系统。