文 | 半導體產業縱橫
最近，比亞迪正式發布了超級e平臺，這是全球首個量產的乘用車“全域1000V高壓架構”，將電池、電機、電源、空調等全系高壓部件都做到了1000V，將新能源汽車帶入“油電同速”時代。王傳福現場演示時，唐L車型電量從8%充至61%僅用5分鐘，續航里程從53公里躍升至410公里的場景。
此外，為適應全新的1000V架構，比亞迪同步推出了1500V車規級SiC功率芯片，這也是行業首次量產應用的、最高電壓等級的車規級碳化硅功率芯片，也是超級e平臺的核心部件。
01 汽車產業高壓平臺加速迭代
其實所謂的400V、800V、1000V等架構并非精確數值，也不是國家標準，而是行業寬泛的稱謂。
一般來說，額定電壓在 230V 至 450V 之間的車輛屬于 400V 架構；550V 至 930V 之間為 800V 架構；830V 至 1030V 基本可稱作 900V 架構，像蔚來普及的 900V 平臺，最高電壓達 925V，充電峰值功率 600kW，充電峰值電流 765A，就處于這一區間。1000V 架構通常指額定電壓在 930V 往上，接近或達到 1000V 甚至更高的情況。
2019 年上市的保時捷 Taycan 是高電壓平臺的 “先行者”。出于對充電速度和持續性能的追求，Taycan率先量產了800V電壓平臺，但作為“先行者”，保時捷也承擔了相應的開發風險和挑戰，受限于各零部件開發進度的不同，最初的Taycan并沒有拿出一個完全由800V用電器組成的電壓平臺，并在電池的快充速度上進行了一定的妥協和讓步。
不惜在車上增加如此復雜的電壓轉換設備，保時捷Taycan最主要的目的就是要縮短用戶在充電上付出的時間成本。而在其他高壓部件以及電池快充能力取得進步之后，保時捷Taycan及其后續車型還有望在350kW充電功率的基礎上，進一步發掘出800V電壓平臺的潛力。
如今高電壓平臺技術也在覆蓋更多平民車型。現代汽車就在其E-GMP平臺上使用了800V電壓平臺。奔馳的EVA平臺、通用的第三代純電動平臺、捷豹路虎的電氣化平臺，也都紛紛選擇了800V作為車輛的運行電壓。此外，雖然MEB平臺的車型才上市不久，但大眾也迫不及待地提出了Trinity項目，預計將于2026年應用800V超充技術。
國內方面，新勢力、自主、合資主流車企均已布局高壓平臺架構。新勢力車企如賽力斯問界、蔚來、小鵬，自主品牌如比亞迪、極氪、埃安、極狐、阿維塔，合資車企如奔馳、寶馬、奧迪等。隨著越來越多的車企布局800V高壓平臺架構，技術成熟度不斷提高，同時由于規模效應，成本逐漸降低，質量也更加穩定，這為800V高壓平臺大規模上車提供了堅實的基礎。
可以說，國內廠商在高電壓平臺方向上的開發工作也并不落后。比亞迪是第二家擁有1000千瓦充電器的中國汽車制造商。東風旗下的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高壓平臺還只是高端車的專屬，到現在新車普遍采用，高電壓大功率超充的普及雖然還比不上低壓充電樁，但長遠來看，800V、900V 甚至 1000V 高壓架構成為主流是必然趨勢。
02 高壓平臺優勢明顯
以往，受硅基 IGBT 功率元器件耐壓能力限制，電動車高壓系統多采用 400V 電壓平臺。基于該電壓平臺的充電樁中，充電功率最大的是特斯拉第三代超級充電樁，達到了250kW，工作電流的峰值接近600A。若要進一步提高充電功率、縮短充電時間，將電壓平臺從400V提升到800V、1000V甚至更高水平，勢在必行。
800V 電壓平臺搭配 350kW 超級充電樁，充電速度遠超常見的 120kW 直流快充樁，逐漸向傳統燃油車加油的便捷體驗靠攏，這對依賴公共充電設施的用戶而言是極大的便利。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、節省安裝空間。
根據業內人士分析，在我國超級充電樁國標落地后，充電樁的最大充電功率有望達到600kW以上，“充電五分鐘、續航200公里”也將從一句玩笑變成現實。
比亞迪的 1000V 平臺優勢則更為突出：一是補能速度大幅提升，相比 800V 架構汽車充電 5 分鐘續航 200 公里左右，1000V 平臺可實現充電 5 分鐘續航 400 公里；二是電機功率顯著提升，千伏架構電機在高速區后段功率提升超 100%，零百加速更快，100 - 200 公里超車加速更強；三是電機功率密度大幅提高，1000V 電壓平臺使電機銅損更小，比亞迪超級 e 平臺的電機功率密度達到 16.4kW/kg，遠高于部分 800V 電機的 8kW/kg。
03 高壓平臺為什么選擇碳化硅？
高電壓平臺技術雖看似只是提升整車電壓，但在技術開發和應用上卻是系統工程。
在電驅動系統中，電壓升高對絕緣能力、耐壓等級和爬電距離要求更高，會影響電氣部件設計和成本。其中，電機控制器的核心元件 —— 功率半導體器件是主要難點。
目前，滿足車規級標準的功率半導體器件里，主流的硅基 IGBT 耐壓等級在 600 - 750V，適用于 800V 平臺的高壓 IGBT 產品較少，且存在損耗高、效率低的問題。為適配 1000V 超高壓充電，比亞迪自研并量產了電壓等級達 1500V 的全新一代車規級碳化硅功率芯片，這是行業首次量產乘用車應用的最高電壓等級車規級碳化硅功率芯片。
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、降低損耗方面表現出色。在新能源汽車中，SiC 主要應用于動力控制單元（PCU）和充電單元（OBC）。對前者而言，應用碳化硅的SiC MOSFET相較當前主流的Si IGBT能夠讓升壓轉換器（boost converter）將動力電池的輸出電壓升壓到更高，同時也能讓逆變器（inverter）將直流電轉變為交流電的頻率變得更高。
更高的輸出電壓可以適配性能更加強勁的驅動電機，有效減小尺寸、體積和重量，同時碳化硅具有更低的關斷損耗，從而減少了發熱量。這樣一來，首先可以提高效率并擴大高效轉速區間，讓新能源車在過去不擅長的中高速工況下也變得高效，帶來更長的續航里程；二來，由于發熱量大幅降低，使PCU散熱需求降低，從而縮小PCU 質量與體積，釋放更多空間并進一步輕量化，一定程度上延長續航。因此，SiC在PCU上的應用，可以讓新能源汽車續航更長，性能更強。而在OBC的應用上，由于可以承受更高的充電電壓，使得充電時間進一步縮短。
目前大部分400V車型仍是硅基IGBT的天下，對采用碳化硅仍猶豫不決，但在800V-1200V平臺，碳化硅功率半導體顯然是絕佳選擇。而且，比亞迪不僅將電池和電驅升級到1000V，還對充配電系統、電動空調等重新設計，全部提升到1000V，這也將增加碳化硅半導體的應用量。
只是由于目前在產能和成本方面仍無法與IGBT相媲美，碳化硅器件的普及還需要時間，業內對2025年碳化硅MOSFET的滲透率預期普遍在20%左右，未來幾年內IGBT仍將是電驅動系統最主流的功率半導體器件。
04 碳化硅開啟擴產浪潮
2024 年，比亞迪雖為全球新能源汽車銷量冠軍，但碳化硅車型銷量低于特斯拉、吉利。此次比亞迪將乘用車碳化硅主驅芯片電壓提升至 1500V，首搭車型覆蓋漢LEV、唐LEV、仰望 U7、騰勢 N9，未來該技術將下放至全系車型，包括入門級產品(如秦LEV等)，未來將大幅增加碳化硅的用量需求。
在市場需求推動下，中國碳化硅襯底生產能力迅速擴張。統計數據揭示了一個顯著的增長趨勢：截至2024年6月底，中國在這一領域的產能已經達到了約348萬片（等效6英寸），并且預計到年底這一數字將增至400萬片。
天岳先進的上海臨港工廠截至2024年一季度已能夠實現年30萬片導電型襯底的能力，并且正在規劃臨港工廠的第二階段產能提升，其8英寸碳化硅總體產能規劃約60萬片。
天科合達碳化硅晶片二期擴產項目在徐州經開區開工，項目總投資8.3億元，達產后，可實現年產碳化硅襯底16萬片。
晶盛機電已量產6-8英寸碳化硅襯底且核心參數指標達到行業一流水平，正在積極推進8英寸碳化硅襯底的產能快速爬坡，并拓展了海外客戶。
爍科晶體SiC二期項目已竣工驗收，其中一期工程已于2024年5月完成驗收；二期工廠在一期工程基礎上擴建，在2023年8月進行備案，同年10月提交建設申請，目前也宣告完成驗收，建成后將新增6-8英寸碳化硅襯底年產能20萬片。
中晶芯源其8英寸碳化硅項目正式投產，計劃總投資15億元，達產年產能為30萬片。
今后三年，南砂晶圓投資擴產的重心將放在濟南北方基地項目上，大幅提升8英寸碳化硅襯底產能。
重慶三安其8英寸碳化硅襯底廠在8月底已實現點亮通線，年產能為8英寸碳化硅襯底48萬片，是三安光電為其與意法半導體合資的8英寸碳化硅器件廠配套建設的碳化硅襯底廠。
此外，士蘭明鎵、廣東天域半導體、芯粵能等企業也在大舉擴產。
不難看出，許多廠商的產能爬坡速度超過預期。
05 中國企業領跑碳化硅襯底技術
除了產能外，中國企業在碳化硅襯底技術方面也在不斷突破。
2024年11月，天岳先進發布了12英寸（300mm）N型碳化硅襯底產品，標志著碳化硅產業正式邁入超大尺寸碳化硅襯底時代。
2024年12月，中電科半導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。
中國企業如今開始逐漸領跑碳化硅襯底技術。報告顯示，2021年至2023年期間，中國參與者披露的SiC發明專利數量增加了約60%，是全球主要國家和地區當中增長更快的，同時也是專利申請量最多的。尤其是2023年，在全球SiC專利申請當中，超過70%都是來自于中國實體。這也側面體現了中國企業的研發能力。