搭載800V高壓碳化硅平臺量產車型——小鵬G6

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充電10分鐘，續航300公里。近日，小鵬汽車推出其走量車型G6，該車型搭載800V高壓平臺，充電1分鐘可增加5%的續航。

不只是小鵬汽車。當下，高壓快充成為越來越多國內外主流車企深度布局電動化的路線選擇，推動車規級碳化硅站上“新風口”。業內專家表示，碳化硅是800V電壓平臺下功率器件的首要選擇。800V高壓碳化硅平臺既可以提高電池充電速度，又能夠提高整車運行效率，在同等電池容量情況下延長續航里程，成為緩解電動汽車“里程焦慮”的一劑良藥。

碳化硅“絕配”800V

續航低、充電慢一直以來都是困擾新能源汽車車主和車企的兩大難題。要解決這些問題，一方面需要提高電池續航里程，另一方面則是要加快充電速度。800V高壓碳化硅平臺的誕生，就是為了實現快充。

小鵬汽車800V高壓SiC碳化硅平臺

電動汽車高壓平臺不是指某一個器件可以在800V高壓正常工作，而是電池、電機、電機控制器都可以運行在高壓狀態下。國家新能源汽車技術創新中心總工程師劉朝輝告訴《中國電子報》記者，實現快充的方式有提升充電電流和提升充電電壓兩種。大電流方案會增加充電過程中的熱量，對汽車整體架構、熱管理以及電池BMS要求較高，且效率提升空間有限。因此，國內外車企大多傾向采用低電流、高電壓方式。其優點在于，除了可以有效降低發熱現象外，還能進一步減少重量，節省車內空間。這一方面讓充電性能大幅提升，提高電池充電速度；另一方面提高整車運行效率，在同等電池容量情況下延長續航里程。

目前，將整車平臺電壓提升到800V開始成為主流電動車企的共識。2019年，保時捷推出首款純電超跑Taycan，第一次將電動汽車主流的400V電壓平臺升級到800V，可在30分鐘內，把動力電池從5%充至80%。2022年，小鵬汽車發布全球首款搭載800V高壓碳化硅平臺量產車型G9，實現超充5分鐘，續航超過200公里，電池從10%充至80%最快僅需15分鐘。今年4月，理想汽車發布800V超充方案，涵蓋碳化硅高壓電驅系統、4C電池、寬溫域熱管理系統和4C超充網絡，實現充電10分鐘、補能400公里。據記者不完全統計，目前全球已推出或計劃推出800V高壓系統的汽車品牌多達20余家，比亞迪、吉利、奧迪、通用、哪吒等車企都在采用高電壓的方式提升充電速度。

來源：根據公開資料整理

“整車選擇高壓架構是實現超級快充的必經之路，800V左右的高壓在當前可支撐實現2C快充?！比A為數字能源技術有限公司智能電動領域副總裁彭鵬表示，對于一輛搭載100kW電量的電動汽車而言，在當前400V電壓平臺、250A電流下，需要30分鐘才能充電30%至80%，而如果電壓提升到800V，15分鐘能實現電池充滿，達到4C的效率，基本滿足現階段消費者的快充需求。

要構建800V高壓平臺，碳化硅功率器件是關鍵。一位業內人士告訴《中國電子報》記者，碳化硅取代硅基IGBT是不可逆的趨勢，尤其是在800V充電架構之下，硅基IGBT已接近性能極限，很難滿足主驅逆變器的技術需求。

劉朝輝介紹，碳化硅材料性能優越，耐高溫、高壓、高頻，是800V電壓平臺下功率器件的首要選擇。采用SiC MOSFET可以減小開關損耗、提高工作頻率，增加系統功率密度，超越采用IGBT器件系統的性能。

小鵬汽車功率系統負責人表示：“采用碳化硅的高壓電機控制器，CLTC（中國輕型汽車行駛工況續航）工況能量轉換效率可提高3%~4%，實現整車續航里程的提升。”

盡管碳化硅成本過高問題一直飽受詬病，但多位業內專家指出，整車廠一般不會單一考慮單個功率器件成本變化，而是更加關注整車成本變化。碳化硅方案能夠提升整車系統效率，并未提高整車成本。

“目前單個碳化硅功率器件的價值量約為硅基IGBT的3倍。但在高壓平臺碳化硅方案下，電驅動系統開關頻率提高，線路電流減小，器件更緊湊，大大節省了電纜、動力電池、冷卻系統等部件成本，綜合下來，使用碳化硅可以實現不大幅增加整車成本但顯著提升充電速度的效果。未來，碳化硅規?；慨a之后，成本會繼續下探，為降低整車成本創造更大空間?！眲⒊x預計，800V高壓碳化硅平臺或將在2025年后逐步普及，屆時，電動汽車有望實現充電5-10分鐘續航500公里，與傳統油車加油3-5分鐘實現的續航里程相當。

碳化硅廠商加速布局

電動汽車800V高壓平臺的落地推動車規級碳化硅快速發展。上述業內人士指出，目前來看，800V高壓平臺有望成為未來SiC的核心應用產品，得到功率器件廠商“前所未有”的重視。

800V的高壓系統，需要800V—1200V的功率元器件支持。英飛凌、意法半導體、Wolfspeed、法雷奧、博世等功率器件廠商、汽車零部件一級供應商（Tier1）與車企展開深入合作，加速推進高壓碳化硅架構上車進程。

英飛凌2021年6月上市電動汽車逆變器碳化硅模組，應用于現代汽車下一代800V電動車型。基于該模組，現代汽車車輛續航里程提高5%以上。今年6月，英飛凌宣布推出適用于汽車應用的新一代1200V CoolSiC MOSFET，與第一代產品相比，新產品開關損耗降低25%，在實現高頻操作的同時，可縮小系統尺寸、提高功率密度。目前，該產品已被汽車充電系統供應商科世達用于下一代車載充電機（OBC）平臺中。

意法半導體于2021年5月宣布，為電源模塊系統廠商塞米控的eMPack電動汽車電源模塊提供碳化硅技術，幫助其建立750V和1200V eMPack平臺。去年年底，意法半導體宣布推出新型碳化硅功率模組，并稱該模組將被現代集團800V E-GMP電動車平臺采用。今年3月，英國跑車制造商邁凱倫宣布已與意法半導體達成合作，下一代 IPG5 800V 逆變器將搭載由后者提供的1200V SiC MOSFET模塊。

Wolfspeed為Rhombus Energy Solutions提供1200V SiC MOSFET；博世基于碳化硅模塊，在乘用車方面推出扁線800V三合一電驅動總成（電機+電控+減速器），并與江淮汽車在800V電驅、碳化硅逆變器展開全方面合作；法雷奧新開發出800V 碳化硅功率模塊，可提升5%的續航里程，同時減重約40%......

比亞迪1200V/1040A碳化硅模塊

放眼市場，車規級碳化硅領域仍由外國半導體企業占據主導地位。但隨著國內新能源汽車的快速發展，也吸引了一批國內企業積極發力。比亞迪半導體、斯達半導、中國中車、三安光電、華潤微電子、派恩杰、芯聚能等都在布局車規級碳化硅產品。

根據CASA Research不完全統計，2022年國內至少有14家企業推出了超過217款碳化硅MOSFET，品種較2021年增加70%，耐壓水平提高到1700V。模塊技術方面，2022年，比亞迪推出1200V/1040A碳化硅模塊，功率再創新高，大量應用于比亞迪熱銷車型。芯聚能1200V APD系列碳化硅模塊已搭載主驅逆變器上車過萬臺。

對于國內企業在800V 碳化硅器件上的進展和挑戰，三安光電副總經理陳東坡表示：“對于碳化硅器件和模塊，如果要將系統電壓提升到800V，那么元器件應推升到1200V，但是1200V碳化硅MOSFET器件，目前國內還較為欠缺。再往上游看，襯底和材料部分，目前國內4英寸的基本可以滿足，但如果要追求性價比，降低成本的話需要往6英寸甚至8英寸延伸，目前國內市場和國外龍頭企業還有一些差距?！?/p>

供不應求局面或將緩解

業界認為，800V高壓平臺將成為未來電動汽車主流平臺，而其普及之路，卻正陷入碳化硅功率器件供不應求的“瓶頸”。

近期，馬斯克在特斯拉投資者大會上宣布，其下一代平臺將減少75%碳化硅的方案，引起業界波動。值得一提的是，在碳化硅方面，早在2016年，特斯拉就率先在Model3上應用了低壓碳化硅。

上述業內人士告訴《中國電子報》記者，很多人看到這個消息，第一反應是碳化硅“失勢”了，這其實是一種誤解。他解釋說，特斯拉可能通過升級800V平臺，且采用新的封裝技術來改善碳化硅單管或模塊的性能和散熱能力，將幾個小的器件做成了一個大的器件。也就是說，碳化硅器件的使用數量減少了，但是材料的使用量基本沒有變。這是技術的進步，也提升了產品的質量。此外，器件數量的減少也意味著整車系統的成本下降。降價是打開市場的一個信號，之前碳化硅多用于高端車型，而以后中、低端車型也都可以使用，產業規模擴大了，更有利于碳化硅的普及。

同時，碳化硅的多項優勢導致新能源車企紛紛追隨特斯拉上車應用，導致碳化硅供應不足。劉朝輝表示，從國際企業披露的訂單詳情來看，目前，意法半導體、英飛凌、安森美、wolfspeed等公司訂單量遠超產能。

根據Yole預測，2021~2027年全球碳化硅功率器件市場規模有望從10.9億美元增長到62.97億美元，保持年均34%的復合增速。其中，車規級市場是碳化硅最主要的應用場景，有望從2021年6.85億美元增長至2027年49.86億美元。而方正證券預計，2026年全球SiC襯底有效產能為330萬片，同年襯底需求量卻有629萬片，供需存在較大差距。

基本半導體總經理和巍巍告訴《中國電子報》記者，SiC襯底生產比較困難，包括碳粉硅粉合成、晶體生長、晶錠加工等諸多精細步驟。核心的參數涉及直徑、雜質、均勻性、彎曲翹曲以及光滑度等參數。未來兩三年要增長到約六七十億美元的規模，這個過程對產業界來說壓力巨大。因為每個環節擴產都不是一時就能擴出來的，需要很多的人才和資金的投入。

劉朝輝指出，受制于制備工藝水平，國產碳化硅芯片良率多數不高于60%，導致產能不足。此外，舊晶圓廠設備備件的交貨時間、新產能、新設備的交期時間等因素，都限制了產能。他預計，碳化硅產能供不應求局面或將在2025年后有所緩解。

“目前多個國內供應商已經完成了碳化硅芯片的流片并開始小批量送樣?！鄙鲜鲂※i汽車功率系統負責人表示：“長期來看，國際供應商已針對碳化硅進行產能布局與投資，增加供應產能。2025年開始，新增產能會逐步釋放。同時國內供應商正在長晶、襯底、晶圓制造等環節加速核心工藝的研發與投入。隨著國際供應商新增產能釋放與國內供應商的成熟度提升，碳化硅供應的瓶頸會逐步好轉。”

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作者丨張維佳

編輯丨張心怡

美編丨馬利亞

監制丨連曉東