一、新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸明顯

對于新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，核心技術(shù)的自主可控可以說是是重中之重。目前，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈在芯片、操作系統(tǒng)、安全問題等領(lǐng)域，仍面臨著“卡脖子”的問題。

以功率半導(dǎo)體為例，功率半導(dǎo)體是目前我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈的“卡脖子”環(huán)節(jié)，不僅制約了當(dāng)前新能源汽車的產(chǎn)能擴(kuò)張，而且新技術(shù)路線仍未實(shí)現(xiàn)自主可控。純電動汽車、混合動力汽車的電驅(qū)系統(tǒng), 混合儲能系統(tǒng)和附件驅(qū)動系統(tǒng)需要功率器件和控制模塊。當(dāng)下電動汽車大規(guī)模的采用硅(Si)基半導(dǎo)體的功率器件。變換器一般采用 IGBT 元件。功率器件和控制單元的成本達(dá)到電力系統(tǒng)一半以上, 其中電力系統(tǒng)又達(dá)到電動汽車成本的 20%左右, 它決定整車的能量轉(zhuǎn)換效率。

在硅基時代和以400V電動平臺體系為主流的時期，硅基IGBT的缺芯情況在過去兩年制約了新能源車的產(chǎn)能擴(kuò)張，而英飛凌、德州儀器等海外企業(yè)寡頭的壟斷亦是新能源汽車供應(yīng)鏈的潛在風(fēng)險。隨著第三代半導(dǎo)體應(yīng)用，800V平臺催生碳化硅需求，碳化硅Mosfet有望取代硅基IGBT，但當(dāng)前仍以海外企業(yè)如Cree，ST等廠商在工藝水平、基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面占據(jù)主導(dǎo)地位，國內(nèi)企業(yè)與海外企業(yè)尚存在明顯的代際差距。

二、國內(nèi)企業(yè)在功率器件領(lǐng)域的布局

全球半導(dǎo)體材料行業(yè)始終呈高度集中化、專業(yè)化特點(diǎn)，境外先進(jìn)廠商具有較高的技術(shù)水平和終端客戶認(rèn)可度，占據(jù)了全球大部分市場份額，包括意法半導(dǎo)體、安森美、英飛凌、德州儀器、恩智浦、美國微芯等。

2018年12月，比亞迪正式發(fā)布了在車規(guī)級領(lǐng)域具有標(biāo)桿性意義的IGBT4.0技術(shù)，使中國電動車核心技術(shù)告別“卡脖子”時代，比亞迪也成為中國唯一一家擁有IGBT完整產(chǎn)業(yè)鏈的車企。

近幾年，境內(nèi)涌現(xiàn)了眾多的半導(dǎo)體材料廠商，積極開展研發(fā)和生產(chǎn)投入，在技術(shù)、品質(zhì)和品牌等方面形成了較大的提升，在部分材料上逐步實(shí)現(xiàn)突破，如斯達(dá)半導(dǎo)體、比亞迪、中車時代等已經(jīng)量產(chǎn)車規(guī)級IGBT，預(yù)計(jì)2至3年后可實(shí)現(xiàn)部分國產(chǎn)替代。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至目前，2022年下半年共有14家車規(guī)級芯片初創(chuàng)企業(yè)完成不同輪次融資，總披露金額超過30億元人民幣。今年很多車規(guī)級芯片初創(chuàng)企業(yè)都完成了融資動作，2023年投資車規(guī)級芯片企業(yè)的現(xiàn)象會更多。

三、第三代半導(dǎo)體的應(yīng)用快速推動了新能源車整車和核心零部件的創(chuàng)新升級

隨著電動汽車電驅(qū)動的集成化、智能化、節(jié)能化，傳統(tǒng)的控制芯片和開關(guān)器件無法達(dá)到要求。硅半導(dǎo)體器件的材料已經(jīng)接近極限, 控制算法慢慢復(fù)雜化, 以前的控制單元的控制帶寬, 動態(tài)響應(yīng)趨于瓶頸。

碳化硅器件具備較高的熱導(dǎo)率、 高禁帶寬度、電子飽和漂移速度。同等功率的應(yīng)用, 器件的散熱系統(tǒng)、使用數(shù)量的規(guī)模、濾波元器件體積和系統(tǒng)效率能大幅減小。碳化硅的優(yōu)勢可明顯提高電能變換裝置的功率密度，并且減小系統(tǒng)功耗，碳化硅功率器件能夠減小電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的重量和空間。合理利用碳化硅器件的耐高溫特性可達(dá)到引擎冷卻和變換器冷卻一體化的效果。

實(shí)現(xiàn)電動汽車電力系統(tǒng)的小型化和集成化需新一代碳化硅(SiC)/氮化鎵半導(dǎo)體(GaN)功率器件的支持。寬禁帶功率半導(dǎo)體器件和硅器件對比, 具備的優(yōu)點(diǎn)為高飽和速度、寬能帶、高導(dǎo)熱性和高擊穿電場。與傳統(tǒng)硅對比, 第三代半導(dǎo)體器件(碳化硅、氮化鎵等)具有導(dǎo)通損耗少、電阻小、 反向恢復(fù)電流小、工作頻率高、開關(guān)損耗低等優(yōu)勢，其電路設(shè)計(jì)可壓縮電容和電感等元件。

四、國內(nèi)企業(yè)在第三代半導(dǎo)體推廣應(yīng)用領(lǐng)域效果顯著

國內(nèi)企業(yè)欣銳科技于2013年全球首次將碳化硅技術(shù)引入新能源汽車車載電源中，并引領(lǐng)細(xì)分行業(yè)在SiC應(yīng)用、雙向OBC、磁集成D+C、板集成D+C、軟件定義產(chǎn)品等持續(xù)迭代升級，為培育全球SiC產(chǎn)業(yè)鏈做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。

2020華為發(fā)布多合一電驅(qū)動系統(tǒng)DriveONE，華為多合一電驅(qū)動系統(tǒng)集成MCU、減速器、電機(jī)、OBC、PDU、DCDC、BCU七大部件，實(shí)現(xiàn)機(jī)械部件和功率部件的深度融合。而且還把智能化帶入到電驅(qū)動系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)端云協(xié)同和控制歸一。

目前，國內(nèi)企業(yè)以匯川技術(shù)、欣銳科技、精進(jìn)電動等上市公司為代表，以及華為、威邁斯、富特等有一定市場影響力的非上市公司，在國內(nèi)電動汽車市場車載電源的商業(yè)配套中占據(jù)顯著優(yōu)勢，且部分頭部企業(yè)已開始嘗試探索國際市場。

國內(nèi)企業(yè)充分發(fā)揮傳統(tǒng)燃油車時代的工程應(yīng)用技術(shù)技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)勢，通過更加友好的“多合一集成技術(shù)”應(yīng)用接口，將OBC、DC-DC進(jìn)行二合一集成，或者包含高壓配電（PDU）模塊的“三合一”集成等等，結(jié)合立體水道設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)、裝配工裝設(shè)計(jì)等，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的緊湊化，繼而達(dá)到大幅削減成本、降低產(chǎn)品重量的效果。

然而上述國內(nèi)企業(yè)在功率半導(dǎo)體（尤其是高壓）、芯片以及關(guān)鍵材料方面仍屬于短板，目前不得不被動選擇與技術(shù)穩(wěn)健的國際巨頭合作。

五、新能源汽車智能網(wǎng)聯(lián)化趨勢的加速展現(xiàn)了新的技術(shù)迭代賽道

隨著新能源汽車的智能網(wǎng)聯(lián)化技術(shù)的趨勢快速放大，行業(yè)技術(shù)賽道已經(jīng)從芯片、功率器件層面升級到系統(tǒng)軟件層面。表現(xiàn)為在電機(jī)、電池、電控三電的中間件自主開發(fā)上國內(nèi)企業(yè)就存在明顯的不足，仍然以編寫一些接口定義或者SWC功能軟件為主。而以Vector、Etas為首的中間件廠商推出了Autosar“中間件”開發(fā)工具鏈與方案，目前已經(jīng)占據(jù)國內(nèi)TIER1和主機(jī)廠市場的主流地位。

仍以三電系統(tǒng)為例，電機(jī)控制器、OBC、DC-DC等在電動汽車領(lǐng)域并不再是簡單的開關(guān)電源產(chǎn)品，其底層要求是與功能安全、信息安全息息相關(guān)，更重要的是智能化汽車操作系統(tǒng)高度去耦化的要求下，需要編寫巨量復(fù)雜的軟件“中間件”，才能讓三電部件融入智能汽車的新型電子電氣架構(gòu)，并與ADAS自動駕駛系統(tǒng)、智能座艙域、車身控制域相結(jié)合。其中電機(jī)控制器是ADAS技術(shù)的關(guān)鍵件，DC-DC是整車功能安全的關(guān)鍵件，而OBC看似與行車性能無關(guān)，但是他在整車架構(gòu)中同樣不是“孤島”，與電網(wǎng)、充電樁、整車之間復(fù)雜的通訊與安全管理同樣需要建構(gòu)在復(fù)雜的軟件體系上。

我們慶幸的看到作為Autosar聯(lián)盟高級成員之一的華為，在這方面做出了不小的努力和嘗試，寄希望于華為有能力持續(xù)加大在新能源汽車領(lǐng)域的市場份額。