文 | 半导体产业纵横
最近，比亚迪正式发布了超级 e 平台，这是全球首个量产的乘用车“ 全域 1000V 高压架构”，将电池、电机、电源、空调等全系高压部件都做到了 1000V，将新能源汽车带入“ 油电同速” 时代。王传福现场演示时，唐 L 车型电量从 8% 充至 61% 仅用 5 分钟，续航里程从 53 公里跃升至 410 公里的场景。
此外，为适应全新的 1000V 架构，比亚迪同步推出了 1500V 车规级 SiC 功率芯片，这也是行业首次量产应用的、最高电压等级的车规级碳化硅功率芯片，也是超级 e 平台的核心部件。
汽车产业高压平台加速迭代
其实所谓的 400V、800V、1000V 等架构并非精确数值，也不是国家标准，而是行业宽泛的称谓。
一般来说，额定电压在 230V 至 450V 之间的车辆属于 400V 架构；550V 至 930V 之间为 800V 架构；830V 至 1030V 基本可称作 900V 架构，像蔚来普及的 900V 平台，最高电压达 925V，充电峰值功率 600kW，充电峰值电流 765A，就处于这一区间。1000V 架构通常指额定电压在 930V 往上，接近或达到 1000V 甚至更高的情况。
2019 年上市的保时捷 Taycan 是高电压平台的 “ 先行者”。出于对充电速度和持续性能的追求，Taycan 率先量产了 800V 电压平台，但作为“ 先行者”，保时捷也承担了相应的开发风险和挑战，受限于各零部件开发进度的不同，最初的 Taycan 并没有拿出一个完全由 800V 用电器组成的电压平台，并在电池的快充速度上进行了一定的妥协和让步。
不惜在车上增加如此复杂的电压转换设备，保时捷 Taycan 最主要的目的就是要缩短用户在充电上付出的时间成本。而在其他高压部件以及电池快充能力取得进步之后，保时捷 Taycan 及其后续车型还有望在 350kW 充电功率的基础上，进一步发掘出 800V 电压平台的潜力。
如今高电压平台技术也在覆盖更多平民车型。现代汽车就在其 E-GMP 平台上使用了 800V 电压平台。奔驰的 EVA 平台、通用的第三代纯电动平台、捷豹路虎的电气化平台，也都纷纷选择了 800V 作为车辆的运行电压。此外，虽然 MEB 平台的车型才上市不久，但大众也迫不及待地提出了 Trinity 项目，预计将于 2026 年应用 800V 超充技术。
国内方面，新势力、自主、合资主流车企均已布局高压平台架构。新势力车企如赛力斯问界、蔚来、小鹏，自主品牌如比亚迪、极氪、埃安、极狐、阿维塔，合资车企如奔驰、宝马、奥迪等。随着越来越多的车企布局 800V 高压平台架构，技术成熟度不断提高，同时由于规模效应，成本逐渐降低，质量也更加稳定，这为 800V 高压平台大规模上车提供了坚实的基础。
可以说，国内厂商在高电压平台方向上的开发工作也并不落后。比亚迪是第二家拥有 1000 千瓦充电器的中国汽车制造商。东风旗下的 Voyah 品牌去年 9 月推出了 VP1000 充电器，但推广速度缓慢。
从两年前 800V 高压平台还只是高端车的专属，到现在新车普遍采用，高电压大功率超充的普及虽然还比不上低压充电桩，但长远来看，800V、900V 甚至 1000V 高压架构成为主流是必然趋势。
高压平台优势明显
以往，受硅基 IGBT 功率元器件耐压能力限制，电动车高压系统多采用 400V 电压平台。基于该电压平台的充电桩中，充电功率最大的是特斯拉第三代超级充电桩，达到了 250kW，工作电流的峰值接近 600A。若要进一步提高充电功率、缩短充电时间，将电压平台从 400V 提升到 800V、1000V 甚至更高水平，势在必行。
800V 电压平台搭配 350kW 超级充电桩，充电速度远超常见的 120kW 直流快充桩，逐渐向传统燃油车加油的便捷体验靠拢，这对依赖公共充电设施的用户而言是极大的便利。而且，在用电功率相同的情况下，提高电压等级能减小高压线束传输电流，缩减线束截面积，降低线束重量、节省安装空间。
根据业内人士分析，在我国超级充电桩国标落地后，充电桩的最大充电功率有望达到 600kW 以上，“ 充电五分钟、续航 200 公里” 也将从一句玩笑变成现实。
比亚迪的 1000V 平台优势则更为突出：一是补能速度大幅提升，相比 800V 架构汽车充电 5 分钟续航 200 公里左右，1000V 平台可实现充电 5 分钟续航 400 公里；二是电机功率显著提升，千伏架构电机在高速区后段功率提升超 100%，零百加速更快，100 - 200 公里超车加速更强；三是电机功率密度大幅提高，1000V 电压平台使电机铜损更小，比亚迪超级 e 平台的电机功率密度达到 16.4kW/kg，远高于部分 800V 电机的 8kW/kg。
高压平台为什么选择碳化硅？
高电压平台技术虽看似只是提升整车电压，但在技术开发和应用上却是系统工程。
在电驱动系统中，电压升高对绝缘能力、耐压等级和爬电距离要求更高，会影响电气部件设计和成本。其中，电机控制器的核心元件 —— 功率半导体器件是主要难点。
目前，满足车规级标准的功率半导体器件里，主流的硅基 IGBT 耐压等级在 600 - 750V，适用于 800V 平台的高压 IGBT 产品较少，且存在损耗高、效率低的问题。为适配 1000V 超高压充电，比亚迪自研并量产了电压等级达 1500V 的全新一代车规级碳化硅功率芯片，这是行业首次量产乘用车应用的最高电压等级车规级碳化硅功率芯片。
相比于硅材料，碳化硅具备高压、高频、高温的特性，在功率提升、降低损耗方面表现出色。在新能源汽车中，SiC 主要应用于动力控制单元 （PCU） 和充电单元 （OBC）。对前者而言，应用碳化硅的 SiC MOSFET 相较当前主流的 Si IGBT 能够让升压转换器 （boost converter） 将动力电池的输出电压升压到更高，同时也能让逆变器 （inverter） 将直流电转变为交流电的频率变得更高。
更高的输出电压可以适配性能更加强劲的驱动电机，有效减小尺寸、体积和重量，同时碳化硅具有更低的关断损耗，从而减少了发热量。这样一来，首先可以提高效率并扩大高效转速区间，让新能源车在过去不擅长的中高速工况下也变得高效，带来更长的续航里程；二来，由于发热量大幅降低，使 PCU 散热需求降低，从而缩小 PCU 质量与体积，释放更多空间并进一步轻量化，一定程度上延长续航。因此，SiC 在 PCU 上的应用，可以让新能源汽车续航更长，性能更强。而在 OBC 的应用上，由于可以承受更高的充电电压，使得充电时间进一步缩短。
目前大部分 400V 车型仍是硅基 IGBT 的天下，对采用碳化硅仍犹豫不决，但在 800V-1200V 平台，碳化硅功率半导体显然是绝佳选择。而且，比亚迪不仅将电池和电驱升级到 1000V，还对充配电系统、电动空调等重新设计，全部提升到 1000V，这也将增加碳化硅半导体的应用量。
只是由于目前在产能和成本方面仍无法与 IGBT 相媲美，碳化硅器件的普及还需要时间，业内对 2025 年碳化硅 MOSFET 的渗透率预期普遍在 20% 左右，未来几年内 IGBT 仍将是电驱动系统最主流的功率半导体器件。
碳化硅开启扩产浪潮
2024 年，比亚迪虽为全球新能源汽车销量冠军，但碳化硅车型销量低于特斯拉、吉利。此次比亚迪将乘用车碳化硅主驱芯片电压提升至 1500V，首搭车型覆盖汉 LEV、唐 LEV、仰望 U7、腾势 N9，未来该技术将下放至全系车型，包括入门级产品 (如秦 LEV 等)，未来将大幅增加碳化硅的用量需求。
在市场需求推动下，中国碳化硅衬底生产能力迅速扩张。统计数据揭示了一个显著的增长趋势：截至 2024 年 6 月底，中国在这一领域的产能已经达到了约 348 万片 （等效 6 英寸），并且预计到年底这一数字将增至 400 万片。
天岳先进的上海临港工厂截至 2024 年一季度已能够实现年 30 万片导电型衬底的能力，并且正在规划临港工厂的第二阶段产能提升，其 8 英寸碳化硅总体产能规划约 60 万片。
天科合达碳化硅晶片二期扩产项目在徐州经开区开工，项目总投资 8.3 亿元，达产后，可实现年产碳化硅衬底 16 万片。
晶盛机电已量产 6-8 英寸碳化硅衬底且核心参数指标达到行业一流水平，正在积极推进 8 英寸碳化硅衬底的产能快速爬坡，并拓展了海外客户。
烁科晶体 SiC 二期项目已竣工验收，其中一期工程已于 2024 年 5 月完成验收；二期工厂在一期工程基础上扩建，在 2023 年 8 月进行备案，同年 10 月提交建设申请，目前也宣告完成验收，建成后将新增 6-8 英寸碳化硅衬底年产能 20 万片。
中晶芯源其 8 英寸碳化硅项目正式投产，计划总投资 15 亿元，达产年产能为 30 万片。
今后三年，南砂晶圆投资扩产的重心将放在济南北方基地项目上，大幅提升 8 英寸碳化硅衬底产能。
重庆三安其 8 英寸碳化硅衬底厂在 8 月底已实现点亮通线，年产能为 8 英寸碳化硅衬底 48 万片，是三安光电为其与意法半导体合资的 8 英寸碳化硅器件厂配套建设的碳化硅衬底厂。
此外，士兰明镓、广东天域半导体、芯粤能等企业也在大举扩产。
不难看出，许多厂商的产能爬坡速度超过预期。
中国企业领跑碳化硅衬底技术
除了产能外，中国企业在碳化硅衬底技术方面也在不断突破。
2024 年 11 月，天岳先进发布了 12 英寸 （300mm）N 型碳化硅衬底产品，标志着碳化硅产业正式迈入超大尺寸碳化硅衬底时代。
2024 年 12 月，中电科半导体材料有限公司所属山西烁科晶体有限公司成功研制出 12 英寸 （300mm） 高纯半绝缘碳化硅单晶衬底，并同期研制成功 12 英寸 （300mm）N 型碳化硅单晶衬底。
中国企业如今开始逐渐领跑碳化硅衬底技术。报告显示，2021 年至 2023 年期间，中国参与者披露的 SiC 发明专利数量增加了约 60%，是全球主要国家和地区当中增长更快的，同时也是专利申请量最多的。尤其是 2023 年，在全球 SiC 专利申请当中，超过 70% 都是来自于中国实体。这也侧面体现了中国企业的研发能力。
更多精彩内容，关注钛媒体微信号 （ID：taimeiti），或者下载钛媒体 App
