掌握核心技術(shù)就意味這占據(jù)著這個產(chǎn)業(yè)的話語權(quán),特別是在國際貿(mào)易環(huán)境日益惡化的當(dāng)下,掌握核心零部件的關(guān)鍵技術(shù)更顯得尤為重要。

12月10日,比亞迪在寧波舉辦了“IGBT電動中國芯”為主題的核心技術(shù)解析會。正式發(fā)布了全新一代車規(guī)級IGBT標(biāo)桿性產(chǎn)品——比亞迪IGBT4.0,從而讓這一堪稱電動車CPU的核心技術(shù)首次以國產(chǎn)化的形式為國人所知。

IGBT是新能源汽車最核心的技術(shù),其好壞直接影響電動車功率的釋放速度:直接控制直、交流電的轉(zhuǎn)換,同時對交流電機(jī)進(jìn)行變頻控制,決定驅(qū)動系統(tǒng)的扭矩(直接影響汽車加速能力)、最大輸出功率(直接影響汽車最高時速)等,被認(rèn)為是電力電子裝置的“CPU”。因此,一塊IGBT模塊盡管只有巴掌大小,卻是駕馭一臺龐大裝備的“命脈”。

比亞迪這次公開首發(fā)IGBT4.0,掀開了車規(guī)級功率半導(dǎo)體國產(chǎn)化的新篇章。

超前布局推動車規(guī)級功率半導(dǎo)體國產(chǎn)化

作為汽車功率半導(dǎo)體的一個門類,IGBT因設(shè)計門檻高、制造技術(shù)難、投資大,被業(yè)內(nèi)稱為電動車核心技術(shù)的“珠穆拉瑪峰”。而長期以來,該技術(shù)主要掌握在國際巨頭手中。

與工業(yè)級IGBT相比,在電動汽車領(lǐng)域應(yīng)用的IGBT需要面臨更多的挑戰(zhàn):

一方面,汽車的大眾消費屬性,對IGBT的壽命要求比較高(設(shè)計壽命在20年以上),需要滿足使用壽命內(nèi)數(shù)十萬次甚至百萬次的功率循環(huán)要求。

另一方面,汽車面臨著更為復(fù)雜的適用工況,需頻繁啟停、爬坡涉水、經(jīng)歷不同路況和環(huán)境溫度等,高溫、高濕、高振動對IGBT是極為嚴(yán)苛的考驗,對裝配體積和散熱效率的要求都非常嚴(yán)格。

此外,電動汽車的操作人員存在相對非專業(yè)性的情況,其對IGBT的考驗和性能要求是多維度、全方位的。但又出于乘用車需面向大眾消費市場的原因,要求其價格必須保持在合理區(qū)間,因此,車用IGBT要求高性價比前提下的高可靠性。

在這樣的高要求下,比亞迪開啟了車用IGBT的國產(chǎn)化進(jìn)程。十幾年前,當(dāng)外界還不看好電動車的前景、甚至對IGBT還不太了解的情況下,在2003年就開始布局電動車的比亞迪就預(yù)見IGBT將會是影響電動車發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù),在研發(fā)團(tuán)隊組建、產(chǎn)線建設(shè)等各方面投入重金,默默布局IGBT產(chǎn)業(yè)。

2005年,比亞迪組建IGBT研發(fā)團(tuán)隊,正式進(jìn)軍IGBT領(lǐng)域;2008年10月,比亞迪收購寧波中緯半導(dǎo)體晶圓廠;2009年9月,比亞迪IGBT芯片通過中國電器工業(yè)協(xié)會電力電子分會組織的科技成果鑒定,標(biāo)志著中國在IGBT芯片技術(shù)上實現(xiàn)零的突破,打破了國際巨頭的技術(shù)壟斷;2018年12月,比亞迪成功研發(fā)出全新的車規(guī)級產(chǎn)品IGBT4.0,成為車規(guī)級IGBT的標(biāo)桿。

厚積薄發(fā)打造IGBT產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)

憑借十?dāng)?shù)年的厚積薄發(fā),比亞迪研發(fā)生產(chǎn)的IGBT各項技術(shù)指標(biāo)不斷取得突破,特別是在芯片損耗、模塊溫度循環(huán)能力、電流輸出能力等關(guān)鍵指標(biāo)上,比亞迪IGBT4.0產(chǎn)品達(dá)到全球領(lǐng)先水平。

在芯片損耗方面,比亞迪IGBT4.0產(chǎn)品的綜合損耗相比當(dāng)前市場主流產(chǎn)品降低了約20%,使得整車電耗降低。以全新一代唐為例,在其他條件不變的情況下,采用比亞迪IGBT4.0較采用當(dāng)前市場主流的IGBT,百公里電耗少約3%。

在溫度循環(huán)能力方面,IGBT4.0產(chǎn)品模塊的溫度循環(huán)壽命可以做到當(dāng)前市場主流產(chǎn)品的10倍以上。

在電流輸出能力方面,搭載IGBT4.0的V-315系列模塊在同等工況下較當(dāng)前市場主流產(chǎn)品的電流輸出能力提升15%,支持整車具有更強(qiáng)的加速能力。

值得注意的是,比亞迪還是國內(nèi)唯一一家擁有IGBT完整產(chǎn)業(yè)鏈的車企:包含IGBT芯片設(shè)計和制造、模組設(shè)計和制造、大功率器件測試應(yīng)用平臺、電源及電控等。

“IGBT不是有錢就能砸出來,要有技術(shù)積累和產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同,尤其是下游終端的配合。”中國電器工業(yè)協(xié)會電力電子分會秘書長蔚紅旗認(rèn)為,比亞迪最大的優(yōu)勢在于,已經(jīng)具備年產(chǎn)銷量超過十萬輛電動汽車的能力,這能為搭載自身的IGBT產(chǎn)品提供了有力的支撐。簡言之,就是形成了IGBT的產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)。

明年實現(xiàn)IGBT外供推出首輛搭載SiC電控電動車

在過去相當(dāng)長的時間里,IGBT的核心技術(shù)始終掌握在國外廠商手里,中高端IGBT市場90%的份額被國際巨頭壟斷,導(dǎo)致“一芯難求”,成為制約我國電動車行業(yè)健康、快速發(fā)展的主要瓶頸。

根據(jù)世界三大電子元器件分銷商之一富昌電子(FutureElectronicsLTD)的統(tǒng)計,2018年,車規(guī)級IGBT模塊的交貨周期最長已經(jīng)達(dá)到52周(IGBT的交貨周期正常情況下為8-12周)。而2018-2022年,全球電動車年復(fù)合增長率達(dá)30%,但同期車規(guī)級IGBT市場的年復(fù)合增長率僅為15.7%。可以預(yù)見,未來幾年全球車規(guī)級IGBT市場的供應(yīng)將愈加緊張。

目前比亞迪的IGBT4.0的產(chǎn)量還很有限,到今年年底可以實現(xiàn)產(chǎn)能每個月5萬片,預(yù)計2020年月產(chǎn)量達(dá)到10萬片。與此同時,車用IGBT模塊目前月產(chǎn)量達(dá)5萬,比亞迪將投資超1億元進(jìn)行擴(kuò)產(chǎn),預(yù)計2019年6月每月產(chǎn)量可達(dá)到10萬。

除了供應(yīng)內(nèi)部需求,比亞迪還計劃將產(chǎn)品對進(jìn)行開放。比亞迪第六事業(yè)部兼太陽能事業(yè)部總經(jīng)理陳剛表示,目前開發(fā)的是1200V車規(guī)級IGBT,正同步開發(fā)650V和700V,明年將進(jìn)行認(rèn)證,用于支持外部客戶。

憑借更加優(yōu)異的性能,SiC基半導(dǎo)體取代硅基半導(dǎo)體將是大勢所趨,預(yù)計未來幾年硅基IGBT將在汽車領(lǐng)域逐步被淘汰。比亞迪已經(jīng)投巨資布局SiC基半導(dǎo)體,整合全產(chǎn)業(yè)鏈:材料(高純碳化硅粉)、單晶、外延、芯片、封裝等。

“比亞迪已經(jīng)成功研發(fā)了芯片損耗更低、電流輸出能力更強(qiáng)的SiCMOSFET(SiC基半導(dǎo)體的一種)。”陳剛透露,目前已大規(guī)模用于車載電源,有望于2019年將推出中國首輛SiC電控的電動車。預(yù)計到2023年,比亞迪旗下的電動車將全面搭載SiC電控。

對于領(lǐng)跑世界的中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)來說,動力電池已經(jīng)已經(jīng)從弱小走向強(qiáng)大,甚至開始引領(lǐng)世界潮流。然而,長期以來,作為能源變換與傳輸核心器件的IGBT卻一直受制于人。比亞迪推出IGBT,標(biāo)志著中國在IGBT技術(shù)上實現(xiàn)零的突破,打破了國際巨頭的技術(shù)壟斷,在不久的將來一旦開始外供,勢必將改變車規(guī)用IGBT受制于人的局面,也為我國汽車產(chǎn)業(yè)的換道超車,提供強(qiáng)大的“中國芯”。