比亞迪發(fā)布1000V汽車(chē)平臺，SiC迎來(lái)利好

最近，比亞迪正式發(fā)布了超級 e 平臺，這是全球首個(gè)量產(chǎn)的乘用車(chē)「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(chē)帶入「油電同速」時(shí)代。王傳?，F場(chǎng)演示時(shí)，唐 L 車(chē)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(chǎng)景。

此外，為適應全新的 1000V 架構，比亞迪同步推出了 1500V 車(chē)規級 SiC 功率芯片，這也是行業(yè)首次量產(chǎn)應用的、最高電壓等級的車(chē)規級碳化硅功率芯片，也是超級 e 平臺的核心部件。

汽車(chē)產(chǎn)業(yè)高壓平臺加速迭代

其實(shí)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(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；550V 至 930V 之間為 800V 架構；830V 至 1030V 基本可稱(chēng)作 900V 架構，像蔚來(lái)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(shí)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(chǎn)了 800V 電壓平臺，但作為「先行者」，保時(shí)捷也承擔了相應的開(kāi)發(fā)風(fēng)險和挑戰，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，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)上增加如此復雜的電壓轉換設備，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 及其后續車(chē)型還有望在 350kW 充電功率的基礎上，進(jìn)一步發(fā)掘出 800V 電壓平臺的潛力。

如今高電壓平臺技術(shù)也在覆蓋更多平民車(chē)型?，F代汽車(chē)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(dòng)平臺、捷豹路虎的電氣化平臺，也都紛紛選擇了 800V 作為車(chē)輛的運行電壓。此外，雖然 MEB 平臺的車(chē)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(shù)。

國內方面，新勢力、自主、合資主流車(chē)企均已布局高壓平臺架構。新勢力車(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(zhù)越來(lái)越多的車(chē)企布局 800V 高壓平臺架構，技術(shù)成熟度不斷提高，同時(shí)由于規模效應，成本逐漸降低，質(zhì)量也更加穩定，這為 800V 高壓平臺大規模上車(chē)提供了堅實(shí)的基礎。

可以說(shuō)，國內廠(chǎng)商在高電壓平臺方向上的開(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 高壓平臺還只是高端車(chē)的專(zhuān)屬，到現在新車(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(cháng)遠來(lái)看，800V、900V 甚至 1000V 高壓架構成為主流是必然趨勢。

高壓平臺優(yōu)勢明顯

以往，受硅基 IGBT 功率元器件耐壓能力限制，電動(dòng)車(chē)高壓系統多采用 400V 電壓平臺?；谠撾妷浩脚_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(jìn)一步提高充電功率、縮短充電時(shí)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(jiàn)的 120kW 直流快充樁，逐漸向傳統燃油車(chē)加油的便捷體驗靠攏，這對依賴(lài)公共充電設施的用戶(hù)而言是極大的便利。而且，在用電功率相同的情況下，提高電壓等級能減小高壓線(xiàn)束傳輸電流，縮減線(xiàn)束截面積，降低線(xiàn)束重量、節省安裝空間。

根據業(yè)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(shí)。

比亞迪的 1000V 平臺優(yōu)勢則更為突出：一是補能速度大幅提升，相比 800V 架構汽車(chē)充電 5 分鐘續航 200 公里左右，1000V 平臺可實(shí)現充電 5 分鐘續航 400 公里；二是電機功率顯著(zhù)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(chē)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。

高壓平臺為什么選擇碳化硅？

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

在電驅動(dòng)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(huì )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(diǎn)。

目前，滿(mǎn)足車(chē)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(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)了電壓等級達 1500V 的全新一代車(chē)規級碳化硅功率芯片，這是行業(yè)首次量產(chǎn)乘用車(chē)應用的最高電壓等級車(chē)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(chē)中，SiC 主要應用于動(dòng)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(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勁的驅動(dòng)電機，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大高效轉速區間，讓新能源車(chē)在過(guò)去不擅長(cháng)的中高速工況下也變得高效，帶來(lái)更長(cháng)的續航里程；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(cháng)續航。因此，SiC 在 PCU 上的應用，可以讓新能源汽車(chē)續航更長(cháng)，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(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(dòng)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(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)內對2025 年碳化硅 MOSFET 的滲透率預期普遍在 20%左右，未來(lái)幾年內 IGBT 仍將是電驅動(dòng)系統最主流的功率半導體器件。

碳化硅開(kāi)啟擴產(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)碳化硅主驅芯片電壓提升至 1500V，首搭車(chē)型覆蓋漢 LEV、唐 LEV、仰望 U7、騰勢 N9，未來(lái)該技術(shù)將下放至全系車(chē)型，包括入門(mén)級產(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，中國碳化硅襯底生產(chǎn)能力迅速擴張。統計數據揭示了一個(gè)顯著(zhù)的增長(cháng)趨勢：截至 2024 年 6 月底，中國在這一領(lǐng)域的產(chǎn)能已經(jīng)達到了約 348 萬(wàn)片（等效 6 英寸），并且預計到年底這一數字將增至 400 萬(wàn)片。

天岳先進(jìn)的上海臨港工廠(chǎng)截至 2024 年一季度已能夠實(shí)現年 30 萬(wàn)片導電型襯底的能力，并且正在規劃臨港工廠(chǎng)的第二階段產(chǎn)能提升，其 8 英寸碳化硅總體產(chǎn)能規劃約 60 萬(wàn)片。

天科合達碳化硅晶片二期擴產(chǎn)項目在徐州經(jīng)開(kāi)區開(kāi)工，項目總投資 8.3 億元，達產(chǎn)后，可實(shí)現年產(chǎn)碳化硅襯底 16 萬(wàn)片。

晶盛機電已量產(chǎn) 6-8 英寸碳化硅襯底且核心參數指標達到行業(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(chǎng)在一期工程基礎上擴建，在 2023 年 8 月進(jìn)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(chǎn)能 20 萬(wàn)片。

中晶芯源其 8 英寸碳化硅項目正式投產(chǎn)，計劃總投資 15 億元，達產(chǎn)年產(chǎn)能為 30 萬(wàn)片。

今后三年，南砂晶圓投資擴產(chǎn)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(chǎn)能。

重慶三安其 8 英寸碳化硅襯底廠(chǎng)在 8 月底已實(shí)現點(diǎn)亮通線(xiàn)，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體合資的 8 英寸碳化硅器件廠(chǎng)配套建設的碳化硅襯底廠(chǎng)。

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

不難看出，許多廠(chǎng)商的產(chǎn)能爬坡速度超過(guò)預期。

中國企業(yè)領(lǐng)跑碳化硅襯底技術(shù)

除了產(chǎn)能外，中國企業(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，標志著(zhù)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(yè)如今開(kāi)始逐漸領(lǐng)跑碳化硅襯底技術(shù)。報告顯示，2021 年至 2023 年期間，中國參與者披露的 SiC 發(fā)明專(zhuān)利數量增加了約 60%，是全球主要國家和地區當中增長(cháng)更快的，同時(shí)也是專(zhuān)利申請量最多的。尤其是 2023 年，在全球 SiC 專(zhuān)利申請當中，超過(guò) 70% 都是來(lái)自于中國實(shí)體。這也側面體現了中國企業(yè)的研發(fā)能力。