掌握核心技術就意味這占據著這個產業的話語權,特別是在國際貿易環境日益惡化的當下,掌握核心零部件的關鍵技術更顯得尤為重要。

12月10日,比亞迪在寧波舉辦了“IGBT電動中國芯”為主題的核心技術解析會。正式發布了全新一代車規級IGBT標桿性產品——比亞迪IGBT 4.0,從而讓這一堪稱電動車CPU的核心技術首次以國產化的形式為國人所知。

IGBT是新能源汽車最核心的技術,其好壞直接影響電動車功率的釋放速度:直接控制直、交流電的轉換,同時對交流電機進行變頻控制,決定驅動系統的扭矩(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IGBT4.0,掀開了車規級功率半導體國產化的新篇章。

超前布局 推動車規級功率半導體國產化

作為汽車功率半導體的一個門類,IGBT因設計門檻高、制造技術難、投資大,被業內稱為電動車核心技術的“珠穆拉瑪峰”。而長期以來,該技術主要掌握在國際巨頭手中。

與工業級IGBT相比,在電動汽車領域應用的IGBT需要面臨更多的挑戰:

一方面,汽車的大眾消費屬性,對IGBT的壽命要求比較高(設計壽命在20年以上),需要滿足使用壽命內數十萬次甚至百萬次的功率循環要求。

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

此外,電動汽車的操作人員存在相對非專業性的情況,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的國產化進程。十幾年前,當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見IGBT將會是影響電動車發展的關鍵技術,在研發團隊組建、產線建設等各方面投入重金,默默布局IGBT產業。

2005年,比亞迪組建IGBT研發團隊,正式進軍IGBT領域;2008年10月,比亞迪收購寧波中緯半導體晶圓廠;2009年9月,比亞迪IGBT芯片通過中國電器工業協會電力電子分會組織的科技成果鑒定,標志著中國在IGBT芯片技術上實現零的突破,打破了國際巨頭的技術壟斷;2018年12月,比亞迪成功研發出全新的車規級產品IGBT4.0,成為車規級IGBT的標桿。

厚積薄發 打造IGBT產業鏈閉環

憑借十數年的厚積薄發,比亞迪研發生產的IGBT各項技術指標不斷取得突破,特別是在芯片損耗、模塊溫度循環能力、電流輸出能力等關鍵指標上,比亞迪IGBT4.0產品達到全球領先水平。

在芯片損耗方面,比亞迪 IGBT4.0產品的綜合損耗相比當前市場主流產品降低了約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較采用當前市場主流的IGBT,百公里電耗少約3%。

在溫度循環能力方面,IGBT4.0產品模塊的溫度循環壽命可以做到當前市場主流產品的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前市場主流產品的電流輸出能力提升15%,支持整車具有更強的加速能力。

值得注意的是,比亞迪還是國內唯一一家擁有IGBT完整產業鏈的車企:包含IGBT芯片設計和制造、模組設計和制造、大功率器件測試應用平臺、電源及電控等。

“IGBT不是有錢就能砸出來,要有技術積累和產業鏈的協同,尤其是下游終端的配合?！?中國電器工業協會電力電子分會秘書長蔚紅旗認為,比亞迪最大的優勢在于,已經具備年產銷量超過十萬輛電動汽車的能力,這能為搭載自身的IGBT產品提供了有力的支撐。簡言之,就是形成了IGBT的產業鏈閉環。

明年實現IGBT外供 推出首輛搭載SiC電控電動車

在過去相當長的時間里,IGBT的核心技術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,導致“一芯難求”,成為制約我國電動車行業健康、快速發展的主要瓶頸。

根據世界三大電子元器件分銷商之一富昌電子(Future Electronics LTD)的統計,2018年,車規級IGBT模塊的交貨周期最長已經達到52周(IGBT的交貨周期正常情況下為8-12周)。而2018-2022年,全球電動車年復合增長率達30%,但同期車規級IGBT市場的年復合增長率僅為15.7%?？梢灶A見,未來幾年全球車規級IGBT市場的供應將愈加緊張。

目前比亞迪的IGBT4.0的產量還很有限,到今年年底可以實現產能每個月5萬片,預計2020年月產量達到10萬片。與此同時,車用IGBT模塊目前月產量達5萬,比亞迪將投資超1億元進行擴產,預計2019年6月每月產量可達到10萬。

除了供應內部需求,比亞迪還計劃將產品對進行開放。比亞迪第六事業部兼太陽能事業部總經理陳剛表示,目前開發的是1200V車規級IGBT,正同步開發650V和700V,明年將進行認證,用于支持外部客戶。

憑借更加優異的性能,SiC基半導體取代硅基半導體將是大勢所趨,預計未來幾年硅基IGBT將在汽車領域逐步被淘汰。比亞迪已經投巨資布局SiC基半導體,整合全產業鏈:材料(高純碳化硅粉)、單晶、外延、芯片、封裝等。

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

對于領跑世界的中國新能源汽車產業來說,動力電池已經已經從弱小走向強大,甚至開始引領世界潮流。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,標志著中國在IGBT技術上實現零的突破,打破了國際巨頭的技術壟斷,在不久的將來一旦開始外供,勢必將改變車規用IGBT受制于人的局面,也為我國汽車產業的換道超車,提供強大的“中國芯”。