拥有自主IGBT技术是实现新能源汽车产业链完整的第一步

新能源汽车区别于燃油车的三大核心器件——电机、电控和电池。关于电机,好比人体的心脏,为汽车提供动力来源,“心脏”所需要的新鲜血液有动力电池来提供,电池便充当了电动车的“血液”角色。谁来控制全场元器件,充当“大脑”角色呢?这便是电控系统了。

电机控制器是控制电动汽车驱动电机的设备,是新能源汽车动力系统的控制中心。电机控制器也是新能源汽车重要的信号和能量传递元件,一方面可以接收来自整车控制器和相关部件(油门、档位等)的信息,另一方面可以将信息处理,再依据处理结果为驱动电机提供精准的电能。

其结构主要由冷却???、功率半导体???、控制???、驱动???、薄膜电容组成,其中控制??榘刂菩酒偷缭吹缏钒?。其中国内IGBT半导体??榉⒄股写τ诔跗诮锥?,国产率低,而其余4个??橐咽迪止?。

我国拥有全球最大的新能源汽车市场,若不能拥有完整的新能源汽车产业链,未来势必会再一次遭遇“卡脖子”,只能眼看着庞大的消费市场流向外田。新能源产业链的布局主要在电池、电机、电控三大块,国内动力电池得到长足发展,竞争能力较强,而在电机、电控板块发展晚,国产率低。作为电动车电机控制芯片的IGBT,位于产业链上游,核心技术关系产业命脉,无可否认,完善新能源产业链的第一步便是自主拥有IGBT技术。

IGBT是电动车核心零部件之一

IGBT芯片占据电动汽车电机控制器40%-50%的成本,而电控成本占整车成本的10%,即IGBT芯片约占乘车成本的7%-10%??梢运?,在电动汽车成本构成中,IGBT是仅次于电池的第二大材料。

IGBT直接控制驱动系统直、交流电的转换,同时还承担电压的高低转换的功能,IGBT决定了车辆的扭矩和最大输出功率等。外界充电的时候是交流电,需要通过IGBT转变成直流电然后给电池,同时要把220V电压转换成适当的电压以上才能给电池组充电。电池放电的时候,通过IGBT把直流电转变成交流电机所需的交流电,同时起到对交流电机的变频控制,当然变压是必不可少的。

IGBT是用绝缘栅双极型晶体芯片与续流二极管芯片通过特殊的工艺封装成的??榛氲继逍酒?,由于制造工艺非常复杂,在众多的新能源汽车品牌中,只有少数几个大品牌具备制造这种芯片的能力。

在过去很长的一段时间里,国内车用IGBT领域的主导权一直被外资企业掌握,尤其是高端高功率汽车半导体主要被英飞凌、三菱、仙童、东芝等国际企业垄断。98%以上的IGBT芯片来自进口,采购成本相比国外高2-3倍,导致我国电机控制器的成本比国外高1.2-1.8倍。

国内车用IGBT技术比过国际水平落后20年

目前,我国车用IGBT技术才刚刚起步,芯片和??樵诠谏形赐耆纬刹挡季?,高端市场占有率仍与外资品牌存在较大差异。

总体来看,IGBT是能源变换与传输的核心器件,俗称幸运28电子装置的“CPU”。目前,国际先进国家IGBT产品已经发展到7.5代,同时IGBT的下一代Sic技术也已经在日本全面普及。

但是,我国车用IGBT??橛捎谄鸩浇贤?,加上核心技术、原材料等受制于国外,导致目前我国车用IGBT技术还停留在第三代水平,与国际技术相差20年以上。

谁来扭转乾坤?

受益于我国对新基建、新能源等行业发展的大力支持,以及对国产半导体自主可控的目标要求,中国半导体企业开始迎来国产替代窗口期。而作为国内自主可控的车用IGBT领导厂商,比亚迪半导体是国内为数不多的汽车芯片专业供应商之一,其利用自身在半导体领域的研发积累和新能源汽车的规?;τ?,打破了国际厂商对IGBT市场的垄断。

公开数据显示,2019年国内车用IGBT市场中,英飞凌出货量为63万套,市场占有率达58%。而比亚迪出货19万套,市场占有率为18%,排名第二。

比亚迪自2005年便开始组建IGBT研发团队,2009年推出首款车规级IGBT1.0技术,2012年IGBT2.0研发成功,2018年其推出的IGBT4.0产品在电流输出、综合损耗及温度循环寿命等许多关键指标上超越了英飞凌等主流企业的产品,产能达5万片,并实现对外供应。此外,比亚迪正加码对第三代半导体材料SiC的研究,有望实现全面自主可控。

比亚迪完成国产车用IGBT从无到有的突破,为国内新能源产业链的完善填补了非常重要的一部分,在汽车电动化、智能化、车联网的漫漫长路中,避免受制于人。比亚迪深耕的车用半导体领域,更是被视为各路资本争相抢夺的下一个“蓝?!?。

国内车用IGBT??樾枨罅看?00亿

IGBT是新能源汽车驱动系统和充电系统的核心功能器件,相关数据显示,特斯拉Model X使用了132个IGBT管(单管),均由英飞凌提供,每个IGBT单管的价格约为4-5美元,合计大约650美元。如果改用IGBT??榈幕?,则需要12-16个???,成本大约在1200-1600美元。在新能源汽车快速发展的大趋势下,预计国内新能源汽车和充电桩市场将带动200亿IGBT??榈男枨?。预计到2025年,国内新能源乘用车IGBT市场规??纱?10亿元。

SiC IGBT有望替代Si IGBT,但还需时日

市场上所用的IGBT一般以Si(硅)等为主要材料。业内人士纷纷认为,以SiC IGBT为代表的碳化硅器件是未来新能源汽车电驱动系统发展的关键技术,是实现高温、高效、高速运行的重要途径。预测SiC IGBT有望取代传统IGBT,抢占这巨大的市场蛋糕。

但对于SiC器件的发展目前不宜过于乐观。尽管SiC具备巨大的性能优势,但目前其成本却比传统硅材料高5-6倍。而SiC器件仍在发展阶段,其封装技术、工艺等都相对滞后,故要等技术成熟,SiC应用规模壮大,SiC的成本下降后,才有望在电动汽车领域得到广泛应用。

国内各路玩家早已入手汽车芯片

国内厂商在车规级半导体领域的布局大致分为三大类:一是传统半导体厂商和车企,主要为传统生产车规级芯片的厂商和逐渐过渡为车规级半导体生产商的传统车企;二是初创或者新加入这个赛道的企业;三是通过并购整合切入汽车半导体市场的企业。

传统车企中比亚迪和中车采用自主研发的方式,而北汽、上汽、吉利等都采用拥抱半导体厂商成立新公司的合作方式入局。

中车从1964年开始投入功率半导体技术的研发与产业化,2008年战略并购英国丹尼克斯公司。公司还拥有国内首条、全球第二条8英寸IGBT芯片线,全系列高可靠性IGBT产品已全面解决轨道交通核心器件受制于人的局面,基本解决了特高压输电工程关键器件国产化的问题,并正在解决我国新能源汽车核心器件自主化的问题。

华为在汽车行业已布局多年,其主要通过自主研发和外部投资两方面切入。自主研发最早可以追溯到2009年对车载??榈目?,2013年,华为推出车载??镸E909T。2019年1月,华为5G基带芯片Balong5000发布,Balong5000是全球首个支持V2X的多模芯片,未来可用于车联网、自动驾驶领域。

当前,大部分国产IGBT??槭谐〔烦杀净菇细?,且集中在新能源客车、专用车等领域,但比亚迪IGBT??椴苁头?,对外放开力度加强,国内其他企业产品成熟、认可度提升后,IGBT??楣娲谐”亟蚩?,国内企业在IGBT市场份额将逐步扩大。



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