到2026年，嚴格的CO2排放目標將使電動車/混合動力車（EVs/HEVs）在所有乘用車中的佔比達到38%，這意味著各種半導體技術和功率裝置將獲得5.6億美元的市場機會。 這是市場研究公司Yole Dedevelopment在《2021年電動車電力電子技術》中所做的判斷。

電動車的種類非常多。

無論是EV還是HEV，它都是電動車，或是xEV。其具體分類如下：

               

輕度混合動力汽車（MHEV）：使用內燃機（或熱電機）和電動馬達的車輛，通常使用功率為10-20kW的輔助內燃機電機，包括配備低壓電池的48V（輕度混合動力）汽車。

               

混合動力汽車（全HEV、強力HEV）：使用內燃機和電動馬達的汽車。電動馬達採用高壓電池供電，可以為馬達提供高功率。功率範圍為70-170kW，電池不能透過電網充電。 其電池能量容量較低（約2-5kWh），因此E模式的續航里程有限（幾公里）；

               

插電式混合動力電動車 (PHEV)：使用內燃機和電動馬達的車輛（如全混合動力車）。 PHEV的電池可以透過電網充電，因此它包含一個車載充電器和一個充電插頭。 電池容量比全HEV的電池容量大，通常約9kWh。 如果使用雙向充電器，汽車可以作為V2G（車輛到電網）和V2H（車輛到家庭）應用的電源。

               

增程式電動車（EREV）：它是一種電池電動車，其中包括一個稱為「里程延長器」的輔助動力裝置（APU）。 這種小型發電機通常是內燃機（ICE），但也可以使用燃料電池。 發電機為電池充電，電池為車輛的引擎提供動力。 這種安排稱為串聯混合動力系統。 里程延長器不適合日常使用，只適用於駕駛需要延長車輛行駛里程以到達下一個充電站的情況。

                               

燃料電動車（FCEV、FCV或氫動力汽車）：只有電動馬達（沒有ICE引擎），通常稱為氫動力汽車。它實際上是一種利用氫氣透過燃料電池堆產生電能的電動車。 FCEV包含電池（或超級電容器組）來實現某些功能，例如煞車能量回收等。 該電池為高壓電池，通常能量容量較低（數千瓦時）。 一些FCEV採用更大的電池（約10kWh，可與PHEV類似，從電網充電），以實現更清潔的駕駛（假設充電電力由清潔的可再生能源產生，例如光伏或風能）。 FCEV中的雙向充電器可作為V2G和V2H應用的電源。

新能源汽車（NEV）：中國政府使用的術語，包括PHEV、BEV、FCEV等。 新能源汽車的製定可以使國家推出的政策更具可持續性、覆蓋更多的技術迭代，並有助於實現平穩過渡。 透過定期調整和退出機制，不斷鼓勵企業嘗試新技術。 在傳統汽車領域，我國與國外有較大差距，尤其是發動機，技術壁壘較高。 做出新的東西，跟國外的差距不大，以避免將來被國外技術淘汰。

近年來，得益於各國政府2050年實現碳中和的承諾，xEV市場發展迅速。 採用電動車是減少二氧化碳排放的關鍵，OEM、Tier 1 和功率半導體製造商將隨著電動車的成長而發展。

在xEV應用中，系統級涉及主逆變器及發電機、升壓轉換器、DC-DC轉換器以及車載充電器； 封裝類型包括分立元件和電源模組； 功率元件包括矽MOSFET、矽IGBT、矽BJT（雙極電晶體）、碳化矽（SiC）MOSFET和氮化鎵（GaN）HEMT等。

BEV引領高壓技術

隨著各國嚴格的二氧化碳減排和碳中和目標，汽車產業向汽車電動化邁出了一大步。 儘管每個 OEM 都有不同的電氣化策略，尤其是在不同地區，但他們有一個共同的目標，即增加其車隊中 BEV 的份額。 混合動力電氣化雖然不符合碳中和的長期目標，但在未來 10 至 15 年內仍然是一種選擇。

儘管受到新冠疫情的影響，但全球電氣化驅動的純電動車技術仍在加速發展，牽引逆變器、DC-DC、OBC（車載充電器）等不同變換器中的電力電子裝置不斷增加，EV/HEV系統正在向19V過渡，電池趨勢也從48V轉變為400V。

電氣化的選擇直接關係到變流器功率或電池容量等技術架構的選擇，這將導致不同車輛的性能特徵完全不同。 Yole預計，未來五年內，隨著汽車中48V電池的加入，MHEV相關的功率半導體市場將持續成長。 此外，從混合動力車到純電動車，隨著電氣化程度的提高，每輛車的半導體含量都會增加。

事實上，純電動車正在推動這項技術的快速發展。在這方面，用戶顯然要求在更短的充電時間內行駛更長的距離，同時降低成本。 有幾種方法可以增加行駛里程，例如優化電池設計以增加其能量容量或提高逆變器效率。 另一方面，為了減少電池充電時間，世界各地都部署了高功率充電器（高達350kW）。 為了避免與高電流水平相關的挑戰，發展趨勢是提高電池電壓。 將電池電壓由目前的400V提升至800V，可實現更快的充電，為汽車用戶提供高附加價值。

事實上，保時捷和現代已經採用了800V電池，其他公司也將效仿。 由於主逆變器工作電壓較高，其功率半導體元件的耐壓值也必須較高，通常為1200V V。 從600V-750V組件到1200V組件的轉變為一些供應商帶來了新的商機，而其他供應商的業務則會減少。 車輛電動化的選擇，不同的技術選擇，會導致各大主機廠採取不同的策略。

     

電動車的主要驅動因素

電動車的續航里程不僅由電池決定，整個動力系統的效率也扮演著重要角色。 柏林弗勞恩霍夫可靠性與微整合研究所（IZM）的團隊正在為保時捷純電動 Mission E 動力系統開發一種電子控制單元-電源逆變器，該方案可以比現有方案更有效地在電池和馬達之間轉換能量。

     

保時捷 SiC 功率逆變器

其產業夥伴的研究人員和專家採用特別高效的SiC半導體電晶體，以確保流過電晶體的電流所消耗的功率更小。 他們希望使用最少數量的晶體管，因為每個 SiC 裝置都會消耗一些能量並且必須冷卻。 研究人員重新設計了電源逆變器的冷卻元件，以達到最佳的冷卻效果。 透過這樣優化傳動系統，電動車的續航里程最終將增加6%。

針對功率模組不同材質膨脹率不同的問題，新型冷卻元件採用非常薄的金屬板來補償加熱或冷卻過程中輕微變形產生的應力，延長使用壽命。 為了減少功率逆變器模組的應力，由冷卻元件和SiC電晶體組成的結構透過扭曲柔性細銅線與電子系統的其餘部分連接，以防止裂縫。 可見，800V高壓系統正是SiC高溫性能可以發揮的地方。

牽引逆變器是電力電子裝置中需求量大的裝置。

EV/HEV 中的轉換器基本上有三種：主逆變器、DC-DC 轉換器、發電機和 OBC。 主逆變器由於功率等級高，是變流器中最大的市場，功率半導體含量最高。 因此，預計19.5年主變頻器市場規模將達到2026億美元，佔EV/HEV轉換器市場的67%，年複合成長率為26.9%。

就功率半導體市場而言，由於IGBT和SiC模組之間的顯著技術競爭，預計2020年至2026年價值將成長兩倍。 實際上，目前SiC模組的成本仍是650V IGBT模組的三倍左右，但當生產批量更大時，隨著向8英寸晶圓的過渡以及電池電壓更高的1200V器件的普及，這一差距將逐漸縮小。

EV/HEV 供應鏈持續受到日益增長的需求和技術趨勢的影響。 雖然領先的EV/HEV半導體製造商與其他功率應用半導體製造商（如英飛凌、意法半導體、日立、三菱電機和安森美）保持一致，但其他公司（Tier 1、OEM、功率半導體製造商和純模組新來者）也在為EV/HEV提供功率模組。

類似的情況也出現在電池設計和製造領域，特斯拉、通用汽車等主機廠正進一步試圖控制其供應鏈。 整車廠層面的競爭也開啟了兩條主賽道：一是擁有成熟市場和知名品牌的傳統整車廠紛紛轉向電動車； 另一方面，純電動車整車廠在世界各地不斷湧現（如蔚來、Rivian、Rimac、Tucki、合眾等），其中一些廠商在特斯拉的帶領下，銷量逐年快速成長。 推出的新車型通常具有更佳的性價比，從而帶動十強轎車銷量不斷重塑。

     

XEV功率半導體裝置市場（百萬美元）

SiC 亮相 EV/HEV 紅毯

現在，不採用SiC的汽車都不好意思叫電動出行。 過去幾年，特別是特斯拉將SiC引入Model 3主逆變器以來，SiC在EV/HEV中的採用引起了很大的反響。 但並非所有轉換器或所有類型的電動車都適合這種昂貴的材料。

毫無疑問，BEV是採用SiC的贏家，因為它需要較長的行駛里程和快速的充電時間。 因此，隨著轉換器效率的提高，增加的轉換器成本得到補償，從而節省了電池成本。 因此，在主逆變器中使用SiC成為各大主機廠的共同目標也就不足為奇了，戴姆勒和現代也很快將其納入主逆變器之中。

SiC裝置成本雖然較矽元件高，但有助於降低電池成本、增加續航里程，進而有效降低整車成本。採用SiC逆變器可為每輛車節省約200美元，並縮小主逆變器的尺寸和重量。

目前，英飛凌、Cree（Wolfspeed）、意法半導體等均已推出一系列採用SiC晶片的裝置。 不少半導體廠商都將SiC模組視為電動車應用的目標。 預計到2026年，SiC模組市場將佔EV/HEV半導體市場的32%。

     

SiC與800V的迴聲

雖然各家主機廠都有各自的SiC採用策略，但特斯拉憑藉SiC技術顯著提升了性能，800V電池的採用也增加了SiC的使用量，目前更多主機廠正在跟進。 目前上海大眾、日產、比亞迪、北汽新能源、吉利等均在其部分車型的OBC、DC-DC中使用SiC裝置； 特斯拉、比亞迪、宇通客車、吉利等在馬達控制器中採用了SiC裝置； 更多車企將在主逆變器中採用SiC，包括紅旗、北汽新能源、江淮汽車、現代、本田、寶馬、奧迪，以及新造車企業蔚來、途奇、理想汽車等。 多家Tier 1企業也發表了SiC電驅動計劃，包括博世、德爾福、ZF、法雷奧、魏派科技、精進電動等。

有一點是肯定的，不管技術好壞，應用才是最好的。在汽車領域，SiC裝置將與矽基元件長期共存。 國產化方面，與國外相比，國內SiC元件製造流程仍有一定差距，尤其是良品率有待進一步提高。 另一個關鍵問題是車企是否敢於使用國產設備，這需要一定的勇氣和科學態度，也需要一段時間的道路測試和驗證。

加速電氣化大量推廣

由於部分地區/城市禁止柴油車上路，且消費者對SUV車型的偏好日益增加，汽車電動化初期策略的實施正在加速進行。大眾的「柴油門」、「特斯拉效應」、中國零排放汽車的激勵政策、電池成本的降低、二氧化碳減排目標、NEDC（歐洲新駕駛條件）→WLTP（全球統一輕型汽車測試規程），包括新冠疫情，都在推動汽車電動化的進程。

     

汽車電動化加速

目前，在EV/HEV的電力電子技術中，主逆變器根據製造商選擇的電氣化類型和不同的功率等級，可以是分立裝置，也可以是模組。 48-12V DC-DC基本上是一個80-100V分立元件； HV-12V DC-DC基本上是500-650V和80-100V的分立元件； OBC基本上是一個600-650V的分立元件； 升壓轉換器基本上是一個 600V 分立元件。

     

各xEV類型所採用的電源設備

因此，模組特別是SiC功率元件及模組具有很大的引入空間。 部分國外主機廠於2018年開始在OBC上使用SiC蕭特基二極體和MOSFET，之後市場滲透率持續提升，隨後過渡到對可靠性要求更高的馬達控制器和主逆變器。 這也是從分立元件轉變為全SiC模組的過程。

進口需求最高的是續航里程長的電動車。預計到500年續航里程100km以上車型馬達控制器SiC滲透率將接近2024%； 500公里以下車輛整體普及率可達40%。

毫無疑問，幾乎所有電動車主機廠都已將SiC裝置的應用納入新專案發展計劃，並預計2025年SiC將成為電動車市場的爆發節點。

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