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用钱就能砸出来?比亚迪“芯”欲做汽车业高通

来源:中国网汽车

作者:

2018-12-18 10:26:12

IGBT和电池一起被称为新能源汽车核心技术的“珠穆拉玛峰”,是当今制约电动车发展的两大核心技术。其中,动力电池的重要性早已引起了外界足够多的重视,而关于另一大核心技术“IGBT”,却才刚走入人们的视线。

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)是一种大功率的电力电子器件,主要用于变频器逆变和其他逆变电路,将直流电压逆变成频率可调的交流电,其将决定驱动系统的扭矩(直接影响汽车加速能力)、最大输出功率(直接影响汽车最高时速)等,俗称电力电子装置的“CPU”。作为新能源汽车核心零部件,IGBT因技术难、投资大,其在国内的发展也严重滞后,中高端IGBT产能极为不足,长期依赖国际巨头,导致“一芯难求”。

IGBT在未来3-5年将继续成为制约新能源汽车行业发展的主要瓶颈之一,也因此制约了新能源汽车的大规模商业化。 相关数据显示,中国IGBT市场一直被国际巨头垄断,90%的份额掌握在英飞凌、三菱等海外巨头手中。然而,在细分市场中的车规级领域,比亚迪突破了晶圆设计、模块散热、封装工艺和制造等关键技术,打破了国外专利和技术封锁。

被“倒逼”出来的核心竞争力

中国电器工业协会电力电子分会秘书长蔚红旗表示,“IGBT这件事情不是靠钱就能够实现的,砸100个亿下去,一年不会有什么结果的,特别是像现在中国的处境,不是钱就能解决问题的,也不是短时间会有结果的。功率器件这块如果国产的做好了,不但是能够争气的事,别人也卡不了脖子,我们可以省很多钱。”

中国电器工业协会电力电子分会秘书长蔚红旗

早在2015年,比亚迪就已组建IGBT研发团队,并且布局IGBT产业;2009年拿到了产业科技成果的鉴定,在国内车用领域率先实现产业化;2012年2.0代芯片研发成功,2015年IGBT2.5代芯片研发成功,到去年IGBT4.0研发成功。截止11月份,比亚迪的IGBT累计装车已经超过50万辆。蔚红旗对此也感同身受:“我本人跟比亚迪结缘差不多就是十年前,从2005年开始一直到今天。我们在2009年就给比亚迪的IGBT做了一次科技成果的鉴定,2009年之后没多久,比亚迪的IGBT就批量装车了,又过了大概三年,新一代的IGBT又装车了,又过了两年大概到2016年,更新的一代IGBT批量装车了,以至于今天比亚迪发布了最新一代IGBT4.0。”

中国半导体行业协会IC设计分会副理事长周生明进一步补充到,“比亚迪依靠自身强大的研发实力和人才的聚集、产业链的搭配,才有了非常核心的突破。这个突破不是今天想明天投入就能实现的,是积累了十多年的技术、人才和产业链的供应,一般的企业不具备这种实力。”

中国半导体行业协会IC设计分会副理事长周生明

比亚迪凭借得天独厚的全产业链条件,沟通、交流、协调会更有效率,也取得的了比其他车企更快的成果。实际上,这也是被倒逼出来的。比亚迪第六事业部兼太阳能事业部总经理陈刚表示,“这个行业需要下游拉动,做上游器件研发团队要多跟下游沟通进行融合,可能你砸了非常多的钱几十亿、上百亿,但是你跟下游应用是脱节的,那你做出来的产品不一定是最适合于应用端的产品,最后导致你砸了钱没有产生任何的效果。”同时,他也不忘提醒参与到半导体研发的“后来者”们,“要清楚认识到困难,半导体行业绝不是你砸钱就能做出来的,这里要经历很多的寂寞。要经过上千轮仿真的设计,从1.0代、2.0代到现在的4.0代就经历上千次优化。”

比亚迪第六事业部兼太阳能事业部总经理陈刚

谈及最新一代IGBT4.0,陈刚言语上颇显激昂:比亚迪IGBT4.0产品树立了国内车规级IGBT新标杆。以全新一代唐为例,在其他条件不变的情况下,采用比亚迪 IGBT4.0较采用当前市场主流的IGBT,百公里电耗少约3%;IGBT4.0产品模块的温度循环寿命可以做到当前市场主流产品的10倍以上;搭载IGBT4.0的V-315系列模块在同等工况下较当前市场主流产品的电流输出能力提升15%,支持整车具有更强的加速能力。鉴于比亚迪的混动车在全球的占有率都是最高的,所以V-315模块是新能源汽车领域装车量最多的全桥IGBT模块。

随之产生的问题是,IGBT产能问题成为了制约新能源车发展的瓶颈。陈刚也透露,IGBT现在供需很紧张,比亚迪将快马加鞭。比亚迪今年年底时产能扩充到每个月5万片,后续在规划下一步的产能。因为晶圆厂基本上是一个厂一个厂复制,到2020年的时候会实现月产10万片,可以做到年产120万辆车。周生明称,“国内新能源汽车这里面最核心的技术,很多人特别是老百姓是不太知道的,芯片非常重要,我本来在排队买新一代比亚迪唐,到现在也没买得上,现在我才知道,原来可能是因为我们的IGBT供不应求。”

 布局碳化硅,取代IGBT?

除了比亚迪刚发布的IGBT4.0外,未来5.0、6.0、7.0也都将接踵而至。从芯片层面来看,IGBT未来很长时间都不会消失。同时,电动车有些地方由于要考虑到成本,或者没有必要用到更高端的芯片,因此IGBT在未来仍将有很大的应用市场。然而,与IGBT齐头并进的是,比亚迪也在积极布局最新第三代半导体碳化硅技术。

新一代碳化硅技术应用能使整个电动车电机效率提升5-8%,这意味着续航里程也可以提升5-8%,续航增加的同时也可以降低电池的用量,大幅降低电池成本。比亚迪是国内最早布局碳化硅全产业链的车企,从碳化硅的粉末到最终的碳化硅晶圆到碳化硅的模块以及搭载碳化硅实验的整个产业链,目前已大规模用于车载电源,明年有望推出搭载碳化硅电控的电动车。凭借更加优异的性能,碳化硅基半导体取代硅基半导体将是大势所趋,预计未来几年硅基IGBT将在汽车领域逐步被淘汰。周生明称,“碳化硅是新材料的突破和研发,世界上前端的城市,像欧洲、日本已经有布局了。他们走在前面,但是在这个新领域上,我们完全可以后来居上。”

前途光明道路曲折,碳化硅目前也面临诸多问题,首当其冲的就是高成本。碳化硅现有的成本是IGBT产品的8-10倍,主要是受限于先器件的良率以及需求端。在整车里的三电系统里,电控系统用到碳化硅时,必然要平台化地引进,从而推高了成本。

面对碳化硅技术居高不下的成本,陈刚解释到:“现在我们还不能给出大家到底什么时间点碳化硅能够再到什么样的地位,但是可以很明确地说我们在明年会有搭载碳化硅的平台出现,在未来的时间点会把碳化硅的性能和性价比的优点做到一个平衡点,这是非常不错的三代半导体器件,能够在新能源车上大方光彩。”

结语:比亚迪欲成为全球最大的车规级功率半导体供应商,成为(车规级)功率半导体领域的全球领导者,如高通之于手机、英特尔之于电脑。比亚迪的野心一向都足够大。

[责任编辑:孙东昊、丁维敏]

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