假如，擺在你面前的，有兩輛國產品牌的純電動車。一輛用的是韓國廠商的電池、歐美廠商的電機，與加拿大代工廠合作生產。另一輛，核心零部件供應商中有超過八成都是國產的，包含自有公司旗下或國產自主供應商。那麼，你會選擇哪一輛呢？
作者 | 王笑漁
核心技術這件事，不止是汽車行業里常常被討論，在任何工業產品中都容易引起爭議。前兩年，網上盛傳一個故事——“每年產幾十億支圓珠筆，但筆頭和珠芯的材料80%以上是依靠國外進口。”
今天我們都在說電動化，是中國汽車產業“彎道超車”的機會。但電池、電機、電控為核心的三電技術，我們真的掌握了所有關鍵性材料和生產工藝嗎？
國產電動車，可別再像燃油車一樣重蹈覆轍。
一、被忽略的電機
“你們這車用的哪家的電池啊？”——這是如今的消費者，在選購新能源汽車的時候，問得最多的問題。要知道，動力電池在三電系統（電池、電機、電控）中是成本佔比最高的，並且會直接影響產品的最終性能表現，所以是用戶購車考慮的關鍵因素。
現階段，無論是自主品牌還是外資品牌，都爭相採用中國產的電芯。
據能源市場調研機構SNE Research的數據，今年上半年，寧德時代的市場佔有率為29.9%，位居全球第一。LG能源解決方案的市場佔有率為24.5%，位列第二。此外，比亞迪位列第四，中航鋰電、國軒高科分別排在第七和第八。
在動力電池領域，形成了中日韓爭霸的鐵三角局面，中國有5家企業上榜，韓國3家，日本2家。其中，中國5家企業的市場份額為43.2%。
但事實上，動力電池只是汽車上的儲能單元，驅動車輛最核心的零部件，是電機所在的電驅系統，但它卻往往被外界忽視。
電動汽車的電驅動主要由電機、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，別看它成本只佔汽車成本的約10%，相比之下電控成本約佔總成本的11%，電池成本約佔總成本超40%。但是車輛的最高車速、加速時間、爬坡能力等整車性能，與驅動電機有着密切的關係。
市面上常用的驅動電機，主要是感應異步電機和永磁同步電機兩種。
簡單來說，永磁電機能保證更長的續航能力，感應電機則能保證更強的性能表現。所以國內中低端電動車，大部分會選用永磁同步電機，實現更長的續航里程。而偏高端電動車則更樂意選用感應異步電機，來滿足更強的動力性能。
但也有一種方案——“前感應異步，后永磁同步”的驅動方案，既保證了長續航，又保證了高性能。在特斯拉Model 3的雙電機四驅版上，以及蔚來的中高配車型上都採用了這種“混搭配方”。
可以說，電機和電池的發展多少有些類似。一方面，是兩種技術路線共存，動力電池是三元鋰電池、磷酸鐵鋰兩分天下，感應異步電機和永磁同步電機也幾乎類似。另一方面，是新材料開始逐步推動技術變革，引導產品進步。
石墨烯、硅基材料，成為動力電池邁入下一個時代的關鍵技術。而在驅動電機上，碳化硅成為能耗、性能、續航等指標上升的關鍵材料。
二、國產供應鏈待崛起
碳化硅，是最典型的第三代寬禁帶半導體材料，具有開關速度快，關斷電壓高和耐高溫能力強等優點。而在電動汽車上，電機驅動、電池管理中的每一次電流轉換都要消耗能量，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業鏈，並非由中國自主控制。
“這個模塊本身現在還是進口的，因為中國現在還不具備這樣的產業鏈，最上級的襯底材料是Cree，在韓國工廠做的晶圓，到馬來西亞做的模塊，然後再發到中國來，然後在我們的南京工廠進行壓裝，是這麼一個工藝路徑。”蔚來電驅動和電池工業化高級副總裁曾澍湘表示。
簡單來說，碳化硅功率器件的製備過程包含了：SiC粉末合成、單晶生長、晶片切磨拋、外延（鍍膜）、前道工藝（芯片製備）、后道封裝。其中，被卡脖子的工藝就是——“單晶生長”。
傳統硅晶圓的製作技術已經非常成熟，原材料只需要加熱到1400℃左右就可以熔化，然後再進行一系列操作製成晶圓。
但是，碳化硅的製作則要低效得多，需要將原材料加熱到2800℃左右。碳化硅從熔點、導熱性、惰性來講，是一種非常難以製造的材料，到目前為止，長晶成品率不足50%，還有大量的空間要改善。
全球碳化硅產業格局呈現了美國、歐洲、日本三足鼎立的態勢。
美國企業佔據全球碳化硅產量的70%-80%，代表公司是科銳（現在更名為Wolfspeed Inc）；歐洲擁有完整的碳化硅襯底、外延、器件以及應用產業鏈，代表公司是英飛凌、意法半導體等；日本則在設備和模塊開發方面處於領先，以羅姆半導體、三菱電機、富士電機為代表。
車企在碳化硅的產業鏈上，參與度並不高。最早，是特斯拉在Model 3的雙電機版本的前後電機控制器重，使用到了碳化硅模塊。再往後，就是比亞迪在漢EV四驅高性能版本上也用到了該技術，使得其百公里加速進到了3.9秒。
除此之外，蔚來ET7也將搭載碳化硅電驅動系統——這套系統，搭配了前永磁電機180kW，后感應電機300kW，是蔚來首次應用的SiC碳化硅功率模塊。它幫助ET7實現了更強的加速和和更長的續航。
ET7的百公里加速3.9秒，是蔚來旗下加速最快的車型。而且在搭配150kWh電池包的情況下，綜合工況續航里程數值超過1000公里。
碳化硅的應用對續航和加速的影響，只是表面數據，蔚來更希望強調的是其自研和工程能力。曾澍湘說：“全棧的製造，電機裝配、電機繞線、工藝控制器的生產裝備我們都有，這些也都是很少見的，這三個核心零件都具有自我製造能力，也是全球唯二有這樣的生產製造能力。”
實際上，當前行業內200kW以上的大功率電機逐步成熟，外部供應鏈也相對齊全，絕大部分國產車企都會選擇採購，這樣低成本的方式。
曾澍湘則認為，首先，蔚來的定位的高性能電動車，對性能追求比較高，所以對電驅的要求就比較高，想通過外部購買成熟的產品不太容易；此外，如果只是做一種後期驗證性的開發，就可能要在產品上做一些妥協，而蔚來通過全段能力的研發建設，可以在供應鏈和產品設計中增加自由度。
“行業的研發資源是緊缺的，如果是外購，你的合作夥伴工程資源能不能保證，實際上整個行業缺什麼？比如缺16000轉速以上的測試平台，大家都在打架，好歹我們自己有一點，不用全部依賴外部。”曾澍湘說，“這就可以增加自由度，保證蔚來的產品差異化和產品的投放時間。”
碳化硅功率模塊就是最好的例子，曾澍湘說，如果自身沒有研發資源，就要等到別人做成逆變器以後，或者電驅總成以後才能買，“但今天貨架上沒有碳化硅具備量產工藝的電驅總成或者控制器，我們是自己上手把這個做出來，能比大多數的友商至少早半年到一年。”
三、別光盯着動力電池
純電動車的競爭，已經從原來的電池續航競賽，轉移到更高一層的競爭。業內有這麼一個共識，碳化硅是打開電動車800V平台大門的鑰匙。
所謂的800V電壓平台，早在2019年就在保時捷Taycan上就已經實現大規模量產，不過當時Taycan上的800V平台並沒有完全應用SiC器件，在功率模塊上還是採用了硅基IGBT。
在保時捷Taycan之後，越來越多的車企宣布加入到高壓平台的大軍中，包括吉利的SEA浩瀚架構、比亞迪e平台3.0、通用UItium平台，以及前兩天，小鵬汽車宣布將推出“中國首個配置有碳化硅芯片的800V高壓的量產平台”。
以小鵬為例，在800V高壓平台下，充電峰值電流大於600A，而電驅最高效率將大於95%，也就是充電5分鐘即可實現200km的續航。而配套的480kW高壓超充樁通流能力可以達到670A以上。
車企們在談800V高壓平台的時候，無一例外都會提到碳化硅。實際上，碳化硅材料，在當下幾乎就是為800V高壓平台而生的。因為在材料特性上，碳化硅相對於硅材料的主要具備了耐高壓、耐高溫、高頻的優勢。
要知道，對於800V及以上高電壓平台中，電機逆變器是最關鍵部件之一。但目前400V平台中搭配的逆變器基本採用硅基IGBT作為核心，隨着電壓提升，採用碳化硅器件的整體效率提升就越明顯。
對於逆變器而言，800V高壓平台下使用碳化硅MOSFET會比傳統的硅基IGBT整體系統效率提高8%。與此同時，在相同功率前提下，採用SiC器件的模塊尺寸和重量相比傳統硅基模塊大幅縮小，甚至可以令開關損耗降低75%。這對於輕量化與節能需求極大的電動汽車可以說是剛需。
如果說，動力電池解決的能源儲存的問題。那碳化硅解決的是最根本的能源效率問題：更高效的電能轉換效率，意味着更高的續航里程，更高的充電效率。
不過，針對蔚來的問題就來了，雖然採用ET7上的電機應用了碳化硅功率模塊，那為什麼它依舊是現在較為成熟的400V平台呢？
“蔚來現有的平台都是在400V的架構，主要與整車和電池都有一系列的匹配，在現階段蔚來的平台當中都是400V才夠。對於800V平台，蔚來電驅動和電池工業化高級副總裁曾澍湘回答道：“後期上不上800V還是請大家看發布會，以後會有越來越多新的產品，我們在儲備這方面的技術，這是不用質疑的。”
據曾澍湘介紹，從2015年至今，蔚來在XPT電驅動系統先進製造中心上，累計投入研發達2.5億元（不含研發薪酬和場地成本），包括車型匹配與開發驗證相關的測試外包約1.3億元、試驗台架設備約9600萬元、以及近3000萬的各類軟件工具費用。
作為對比，比亞迪是在2005年組建自身研發團隊，投入重金布局IGBT產業。據財報顯示，比亞迪半導體，在2018年、2019年、2020年研發投入為1.10億元、0.97億元和1.36億元，占營收比例分別為8.2%、8.87%、9.42%。目前，比亞迪半導體，是國內唯一實現碳化硅三相全橋模塊在新能源汽車電機驅動控制器中大批量裝車的企業。
寫在最後
新技術，往往都是利弊共存的。
中國科學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，但快速開關帶來的電磁干擾問題同樣突出，因此寬頻域電磁干擾預測及高密度電磁干擾濾波是今後的行業研究重點之一。”
另一個問題就是產能。有預測數據顯示，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。
而如果特斯拉能達到2022年交付量100萬輛的目標，那麼僅特斯拉一家車企就消耗50萬片SiC晶圓。要知道，目前全球SiC晶圓的年產能才約為40-60萬片，這意味着一家車企就要消耗當前全球SiC晶圓的所有產能，這顯然是不合理的。
當然，無論是電池技術中的固態電池，還是驅動電機中的碳化硅功率模塊，引入新技術必然要有人敢於吃螃蟹，遇到問題解決問題，才能實現更大規模的量產。最終在規模化效應下，成本不斷下降，性能和效率不斷增強。
那麼，量產碳化硅+800V平台，誰會是第一個吃螃蟹的人呢？