最近，比亞迪正式發(fā)布了超級(jí) e 平臺(tái)，這是全球首個(gè)量產(chǎn)的乘用車(chē)「全域 1000V 高壓架構(gòu)」，將電池、電機(jī)、電源、空調(diào)等全系高壓部件都做到了 1000V，將新能源汽車(chē)帶入「油電同速」時(shí)代。王傳?，F(xiàn)場(chǎng)演示時(shí)，唐 L 車(chē)型電量從 8% 充至 61% 僅用 5 分鐘，續(xù)航里程從 53 公里躍升至 410 公里的場(chǎng)景。

此外，為適應(yīng)全新的 1000V 架構(gòu)，比亞迪同步推出了 1500V 車(chē)規(guī)級(jí) SiC 功率芯片，這也是行業(yè)首次量產(chǎn)應(yīng)用的、最高電壓等級(jí)的車(chē)規(guī)級(jí)碳化硅功率芯片，也是超級(jí) e 平臺(tái)的核心部件。

汽車(chē)產(chǎn)業(yè)高壓平臺(tái)加速迭代

其實(shí)所謂的 400V、800V、1000V 等架構(gòu)并非精確數(shù)值，也不是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，而是行業(yè)寬泛的稱(chēng)謂。

一般來(lái)說(shuō)，額定電壓在 230V 至 450V 之間的車(chē)輛屬于 400V 架構(gòu)；550V 至 930V 之間為 800V 架構(gòu)；830V 至 1030V 基本可稱(chēng)作 900V 架構(gòu)，像蔚來(lái)普及的 900V 平臺(tái)，最高電壓達(dá) 925V，充電峰值功率 600kW，充電峰值電流 765A，就處于這一區(qū)間。1000V 架構(gòu)通常指額定電壓在 930V 往上，接近或達(dá)到 1000V 甚至更高的情況。

2019 年上市的保時(shí)捷 Taycan 是高電壓平臺(tái)的「先行者」。出于對(duì)充電速度和持續(xù)性能的追求，Taycan 率先量產(chǎn)了 800V 電壓平臺(tái)，但作為「先行者」，保時(shí)捷也承擔(dān)了相應(yīng)的開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)，受限于各零部件開(kāi)發(fā)進(jìn)度的不同，最初的 Taycan 并沒(méi)有拿出一個(gè)完全由 800V 用電器組成的電壓平臺(tái)，并在電池的快充速度上進(jìn)行了一定的妥協(xié)和讓步。

不惜在車(chē)上增加如此復(fù)雜的電壓轉(zhuǎn)換設(shè)備，保時(shí)捷 Taycan 最主要的目的就是要縮短用戶(hù)在充電上付出的時(shí)間成本。而在其他高壓部件以及電池快充能力取得進(jìn)步之后，保時(shí)捷 Taycan 及其后續(xù)車(chē)型還有望在 350kW 充電功率的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)掘出 800V 電壓平臺(tái)的潛力。

如今高電壓平臺(tái)技術(shù)也在覆蓋更多平民車(chē)型。現(xiàn)代汽車(chē)就在其 E-GMP 平臺(tái)上使用了 800V 電壓平臺(tái)。奔馳的 EVA 平臺(tái)、通用的第三代純電動(dòng)平臺(tái)、捷豹路虎的電氣化平臺(tái)，也都紛紛選擇了 800V 作為車(chē)輛的運(yùn)行電壓。此外，雖然 MEB 平臺(tái)的車(chē)型才上市不久，但大眾也迫不及待地提出了 Trinity 項(xiàng)目，預(yù)計(jì)將于 2026 年應(yīng)用 800V 超充技術(shù)。

國(guó)內(nèi)方面，新勢(shì)力、自主、合資主流車(chē)企均已布局高壓平臺(tái)架構(gòu)。新勢(shì)力車(chē)企如賽力斯問(wèn)界、蔚來(lái)、小鵬，自主品牌如比亞迪、極氪、埃安、極狐、阿維塔，合資車(chē)企如奔馳、寶馬、奧迪等。隨著越來(lái)越多的車(chē)企布局 800V 高壓平臺(tái)架構(gòu)，技術(shù)成熟度不斷提高，同時(shí)由于規(guī)模效應(yīng)，成本逐漸降低，質(zhì)量也更加穩(wěn)定，這為 800V 高壓平臺(tái)大規(guī)模上車(chē)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

可以說(shuō)，國(guó)內(nèi)廠商在高電壓平臺(tái)方向上的開(kāi)發(fā)工作也并不落后。比亞迪是第二家擁有 1000 千瓦充電器的中國(guó)汽車(chē)制造商。東風(fēng)旗下的 Voyah 品牌去年 9 月推出了 VP1000 充電器，但推廣速度緩慢。

從兩年前 800V 高壓平臺(tái)還只是高端車(chē)的專(zhuān)屬，到現(xiàn)在新車(chē)普遍采用，高電壓大功率超充的普及雖然還比不上低壓充電樁，但長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，800V、900V 甚至 1000V 高壓架構(gòu)成為主流是必然趨勢(shì)。

高壓平臺(tái)優(yōu)勢(shì)明顯

以往，受硅基 IGBT 功率元器件耐壓能力限制，電動(dòng)車(chē)高壓系統(tǒng)多采用 400V 電壓平臺(tái)?；谠撾妷浩脚_(tái)的充電樁中，充電功率最大的是特斯拉第三代超級(jí)充電樁，達(dá)到了 250kW，工作電流的峰值接近 600A。若要進(jìn)一步提高充電功率、縮短充電時(shí)間，將電壓平臺(tái)從 400V 提升到 800V、1000V 甚至更高水平，勢(shì)在必行。

800V 電壓平臺(tái)搭配 350kW 超級(jí)充電樁，充電速度遠(yuǎn)超常見(jiàn)的 120kW 直流快充樁，逐漸向傳統(tǒng)燃油車(chē)加油的便捷體驗(yàn)靠攏，這對(duì)依賴(lài)公共充電設(shè)施的用戶(hù)而言是極大的便利。而且，在用電功率相同的情況下，提高電壓等級(jí)能減小高壓線束傳輸電流，縮減線束截面積，降低線束重量、節(jié)省安裝空間。

根據(jù)業(yè)內(nèi)人士分析，在我國(guó)超級(jí)充電樁國(guó)標(biāo)落地后，充電樁的最大充電功率有望達(dá)到 600kW 以上，「充電五分鐘、續(xù)航 200 公里」也將從一句玩笑變成現(xiàn)實(shí)。

比亞迪的 1000V 平臺(tái)優(yōu)勢(shì)則更為突出：一是補(bǔ)能速度大幅提升，相比 800V 架構(gòu)汽車(chē)充電 5 分鐘續(xù)航 200 公里左右，1000V 平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)充電 5 分鐘續(xù)航 400 公里；二是電機(jī)功率顯著提升，千伏架構(gòu)電機(jī)在高速區(qū)后段功率提升超 100%，零百加速更快，100 - 200 公里超車(chē)加速更強(qiáng)；三是電機(jī)功率密度大幅提高，1000V 電壓平臺(tái)使電機(jī)銅損更小，比亞迪超級(jí) e 平臺(tái)的電機(jī)功率密度達(dá)到 16.4kW/kg，遠(yuǎn)高于部分 800V 電機(jī)的 8kW/kg。

高壓平臺(tái)為什么選擇碳化硅？

高電壓平臺(tái)技術(shù)雖看似只是提升整車(chē)電壓，但在技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用上卻是系統(tǒng)工程。

在電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，電壓升高對(duì)絕緣能力、耐壓等級(jí)和爬電距離要求更高，會(huì)影響電氣部件設(shè)計(jì)和成本。其中，電機(jī)控制器的核心元件——功率半導(dǎo)體器件是主要難點(diǎn)。

目前，滿(mǎn)足車(chē)規(guī)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的功率半導(dǎo)體器件里，主流的硅基 IGBT 耐壓等級(jí)在 600 - 750V，適用于 800V 平臺(tái)的高壓 IGBT 產(chǎn)品較少，且存在損耗高、效率低的問(wèn)題。為適配 1000V 超高壓充電，比亞迪自研并量產(chǎn)了電壓等級(jí)達(dá) 1500V 的全新一代車(chē)規(guī)級(jí)碳化硅功率芯片，這是行業(yè)首次量產(chǎn)乘用車(chē)應(yīng)用的最高電壓等級(jí)車(chē)規(guī)級(jí)碳化硅功率芯片。

相比于硅材料，碳化硅具備高壓、高頻、高溫的特性，在功率提升、降低損耗方面表現(xiàn)出色。在新能源汽車(chē)中，SiC 主要應(yīng)用于動(dòng)力控制單元（PCU）和充電單元（OBC）。對(duì)前者而言，應(yīng)用碳化硅的 SiC MOSFET 相較當(dāng)前主流的 Si IGBT 能夠讓升壓轉(zhuǎn)換器（boost converter）將動(dòng)力電池的輸出電壓升壓到更高，同時(shí)也能讓逆變器（inverter）將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姷念l率變得更高。

更高的輸出電壓可以適配性能更加強(qiáng)勁的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，有效減小尺寸、體積和重量，同時(shí)碳化硅具有更低的關(guān)斷損耗，從而減少了發(fā)熱量。這樣一來(lái)，首先可以提高效率并擴(kuò)大高效轉(zhuǎn)速區(qū)間，讓新能源車(chē)在過(guò)去不擅長(zhǎng)的中高速工況下也變得高效，帶來(lái)更長(zhǎng)的續(xù)航里程；二來(lái)，由于發(fā)熱量大幅降低，使 PCU 散熱需求降低，從而縮小 PCU 質(zhì)量與體積，釋放更多空間并進(jìn)一步輕量化，一定程度上延長(zhǎng)續(xù)航。因此，SiC 在 PCU 上的應(yīng)用，可以讓新能源汽車(chē)?yán)m(xù)航更長(zhǎng)，性能更強(qiáng)。而在 OBC 的應(yīng)用上，由于可以承受更高的充電電壓，使得充電時(shí)間進(jìn)一步縮短。

目前大部分 400V 車(chē)型仍是硅基 IGBT 的天下，對(duì)采用碳化硅仍猶豫不決，但在 800V-1200V 平臺(tái)，碳化硅功率半導(dǎo)體顯然是絕佳選擇。而且，比亞迪不僅將電池和電驅(qū)升級(jí)到 1000V，還對(duì)充配電系統(tǒng)、電動(dòng)空調(diào)等重新設(shè)計(jì)，全部提升到 1000V，這也將增加碳化硅半導(dǎo)體的應(yīng)用量。

只是由于目前在產(chǎn)能和成本方面仍無(wú)法與 IGBT 相媲美，碳化硅器件的普及還需要時(shí)間，業(yè)內(nèi)對(duì)2025 年碳化硅 MOSFET 的滲透率預(yù)期普遍在 20%左右，未來(lái)幾年內(nèi) IGBT 仍將是電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最主流的功率半導(dǎo)體器件。

碳化硅開(kāi)啟擴(kuò)產(chǎn)浪潮

2024 年，比亞迪雖為全球新能源汽車(chē)銷(xiāo)量冠軍，但碳化硅車(chē)型銷(xiāo)量低于特斯拉、吉利。此次比亞迪將乘用車(chē)碳化硅主驅(qū)芯片電壓提升至 1500V，首搭車(chē)型覆蓋漢 LEV、唐 LEV、仰望 U7、騰勢(shì) N9，未來(lái)該技術(shù)將下放至全系車(chē)型，包括入門(mén)級(jí)產(chǎn)品 (如秦 LEV 等)，未來(lái)將大幅增加碳化硅的用量需求。

在市場(chǎng)需求推動(dòng)下，中國(guó)碳化硅襯底生產(chǎn)能力迅速擴(kuò)張。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)揭示了一個(gè)顯著的增長(zhǎng)趨勢(shì)：截至 2024 年 6 月底，中國(guó)在這一領(lǐng)域的產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到了約 348 萬(wàn)片（等效 6 英寸），并且預(yù)計(jì)到年底這一數(shù)字將增至 400 萬(wàn)片。

天岳先進(jìn)的上海臨港工廠截至 2024 年一季度已能夠?qū)崿F(xiàn)年 30 萬(wàn)片導(dǎo)電型襯底的能力，并且正在規(guī)劃臨港工廠的第二階段產(chǎn)能提升，其 8 英寸碳化硅總體產(chǎn)能規(guī)劃約 60 萬(wàn)片。

天科合達(dá)碳化硅晶片二期擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目在徐州經(jīng)開(kāi)區(qū)開(kāi)工，項(xiàng)目總投資 8.3 億元，達(dá)產(chǎn)后，可實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)碳化硅襯底 16 萬(wàn)片。

晶盛機(jī)電已量產(chǎn) 6-8 英寸碳化硅襯底且核心參數(shù)指標(biāo)達(dá)到行業(yè)一流水平，正在積極推進(jìn) 8 英寸碳化硅襯底的產(chǎn)能快速爬坡，并拓展了海外客戶(hù)。

爍科晶體SiC 二期項(xiàng)目已竣工驗(yàn)收，其中一期工程已于 2024 年 5 月完成驗(yàn)收；二期工廠在一期工程基礎(chǔ)上擴(kuò)建，在 2023 年 8 月進(jìn)行備案，同年 10 月提交建設(shè)申請(qǐng)，目前也宣告完成驗(yàn)收，建成后將新增 6-8 英寸碳化硅襯底年產(chǎn)能 20 萬(wàn)片。

中晶芯源其 8 英寸碳化硅項(xiàng)目正式投產(chǎn)，計(jì)劃總投資 15 億元，達(dá)產(chǎn)年產(chǎn)能為 30 萬(wàn)片。

今后三年，南砂晶圓投資擴(kuò)產(chǎn)的重心將放在濟(jì)南北方基地項(xiàng)目上，大幅提升 8 英寸碳化硅襯底產(chǎn)能。

重慶三安其 8 英寸碳化硅襯底廠在 8 月底已實(shí)現(xiàn)點(diǎn)亮通線，年產(chǎn)能為 8 英寸碳化硅襯底 48 萬(wàn)片，是三安光電為其與意法半導(dǎo)體合資的 8 英寸碳化硅器件廠配套建設(shè)的碳化硅襯底廠。

此外，士蘭明鎵、廣東天域半導(dǎo)體、芯粵能等企業(yè)也在大舉擴(kuò)產(chǎn)。

不難看出，許多廠商的產(chǎn)能爬坡速度超過(guò)預(yù)期。

中國(guó)企業(yè)領(lǐng)跑碳化硅襯底技術(shù)

除了產(chǎn)能外，中國(guó)企業(yè)在碳化硅襯底技術(shù)方面也在不斷突破。

2024 年 11 月，天岳先進(jìn)發(fā)布了 12 英寸（300mm）N 型碳化硅襯底產(chǎn)品，標(biāo)志著碳化硅產(chǎn)業(yè)正式邁入超大尺寸碳化硅襯底時(shí)代。

2024 年 12 月，中電科半導(dǎo)體材料有限公司所屬山西爍科晶體有限公司成功研制出 12 英寸（300mm）高純半絕緣碳化硅單晶襯底，并同期研制成功 12 英寸（300mm）N 型碳化硅單晶襯底。

中國(guó)企業(yè)如今開(kāi)始逐漸領(lǐng)跑碳化硅襯底技術(shù)。報(bào)告顯示，2021 年至 2023 年期間，中國(guó)參與者披露的 SiC 發(fā)明專(zhuān)利數(shù)量增加了約 60%，是全球主要國(guó)家和地區(qū)當(dāng)中增長(zhǎng)更快的，同時(shí)也是專(zhuān)利申請(qǐng)量最多的。尤其是 2023 年，在全球 SiC 專(zhuān)利申請(qǐng)當(dāng)中，超過(guò) 70% 都是來(lái)自于中國(guó)實(shí)體。這也側(cè)面體現(xiàn)了中國(guó)企業(yè)的研發(fā)能力。