中國的新能源車擁有了新一代的“中國芯”。
12月10日，比亞迪在寧波發(fā)布IGBT4.0，宣布多項參數(shù)優(yōu)于行業(yè)水平，旗下新能源車的電驅(qū)性能，將憑借這一枚自產(chǎn)的控制電流開關(guān)的芯片，而取得優(yōu)勢性能。
并且，比亞迪將在汽車功率半導(dǎo)體上更進(jìn)一步，明年推出新一代性能更強、基于SiC（碳化硅）的功率半導(dǎo)體產(chǎn)品SiC MOSFET。比亞迪還將對國內(nèi)新能源車廠開放IGBT供應(yīng)，國外半導(dǎo)體公司壟斷國內(nèi)IGBT市場的情況，將有望打破。
中高端“電動車CPU”跪求外國的時代，從此要開始終結(jié)了。
追趕國外先進(jìn)水平 比亞迪新一代IGBT面世
12月10日，寧波。
國內(nèi)新能源車的龍頭比亞迪，在這里為一枚芯片召開了發(fā)布會。比亞迪宣布，他們在電動車電驅(qū)系統(tǒng)關(guān)鍵芯片的最新產(chǎn)品—;—;IGBT 4.0正式面世。在2009年推出首款I(lǐng)GBT產(chǎn)品并多次迭代升級后，比亞迪在這一領(lǐng)域來到了行業(yè)最前沿。
IGBT芯片，在新能源汽車尤其是電動車上，地位如同動力電池電芯。它直接影響著車輛電機的動力輸出，和動力電池電芯一起，被稱為電動車的“雙芯”。
比亞迪打造IGBT的晶圓
而有了最新的這枚芯片，比亞迪立下flag—;—;IGBT4.0的誕生，將幫助中國的電動車“核心技術(shù)告別卡脖子時代”，打破國外巨頭壟斷。
那么，比亞迪的勇氣究竟在哪里？比亞迪官方的白紙黑字已經(jīng)劃好了重點。
首先，其IGBT 4.0的電流輸出能力，較市場當(dāng)前主流產(chǎn)品高15%，更大的電流意味著更高的電機功率，以及更強的車輛加速能力。
其次，其IGBT 4.0的綜合損耗，比主流產(chǎn)品低20%。這意味著更高的電能利用率，以及更高的車輛續(xù)航。拿比亞迪新一代的唐舉例，搭載IGBT 4.0使其百公里電耗降低了3%。
最后，比亞迪將IGBT4.0的溫度循環(huán)壽命做到了同類主流產(chǎn)品的10倍以上。需要注意的是，IGBT是車載電驅(qū)系統(tǒng)中的易損件，提升其溫度適應(yīng)性、循環(huán)壽命，可以有效地提升系統(tǒng)的可靠性。
總結(jié)一下比亞迪的IGBT 4.0，就是性能高、效率高、壽命長，能夠和國外產(chǎn)品掰手腕了。
IGBT是啥—;—;“新能源車電驅(qū)系統(tǒng)CPU”
那么，IGBT究竟是何方神圣，引得比亞迪大張旗鼓地介紹，乃至用上了“核心技術(shù)告別卡脖子”這樣的描述？
實際上，IGBT還真就是這樣的核心技術(shù)，由于其地位之重要，又有“新能源車電驅(qū)系統(tǒng)CPU”之稱。
IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管，是一種主要應(yīng)用于600V以上電子電力領(lǐng)域的功率半導(dǎo)體。
封裝好的IGBT模塊
與計算或存儲用的半導(dǎo)體不同，IGBT的主要作用是“開關(guān)”。它能夠支持在高電壓、高電流負(fù)載下，對電路進(jìn)行每秒數(shù)萬次的開關(guān)。這種能力，使得它可以通過電路設(shè)計，被用于大電流、電壓、頻率、以及直流電與交流電的轉(zhuǎn)換。
應(yīng)用在電動汽車上，它成為了驅(qū)動電機核心中的核心—;—;電動車的電池系統(tǒng)能夠輸出的是總額額定的直流電，而要自由控制汽車的電機，需要功率、頻率可變、可控的交流電，此時IGBT的作用便體現(xiàn)了出來（反過來，電動車需要直流快充時，IGBT同樣也在大功率變電中扮演重要角色）。
電動車之所以不需要設(shè)計復(fù)雜的發(fā)動機與變速箱等機械傳統(tǒng)系統(tǒng)，IGBT的存在，可謂大功一件。
這樣的關(guān)鍵部件，也成為電動車電驅(qū)系統(tǒng)成本的大頭—;—;直接占去了一半。而電驅(qū)系統(tǒng)在電動車整車的成本占比約為15-20%。這意味著單單是IGBT，就占去了整車成本的7-10%，因此，IGBT是新能源車產(chǎn)業(yè)鏈細(xì)分市場中，份額僅次于動力電池的大蛋糕。
比亞迪在日前宣布自家動力電池業(yè)務(wù)將拆分對外后，包括IGBT 4.0在內(nèi)的汽車功率半導(dǎo)體業(yè)務(wù)也將對外，意味著比亞迪在電動車產(chǎn)業(yè)鏈上游最大的兩個領(lǐng)域的“硬通票”，將為中國的電動車行業(yè)帶來新的變化。
為何又是比亞迪？13年前開始研發(fā)
需要提到的是，IGBT作為一種綜合（集成了MOSFET開關(guān)速度快與GTO耐受電壓高的優(yōu)點，克服了前者耐高壓性能差、后者開關(guān)速度慢的不足）的功率半導(dǎo)體，其技術(shù)壁壘并不低，核心技術(shù)與市場份額此前一直掌握在美、日、德三國半導(dǎo)體巨頭的手中。
目前，在國內(nèi)，僅有兩家“造車的”能夠打通產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn)IGBT的研發(fā)生產(chǎn)。其中一家，是負(fù)責(zé)造高鐵的中車，另外一家、也是汽車行業(yè)的唯一一家，便是比亞迪。
中車有突飛猛進(jìn)的高鐵項目作為堅實的依托，不必多言，那么比亞迪，又是如何掌握這一先進(jìn)技術(shù)？
比亞迪對IGBT的研發(fā)，在十余年前就開始了。
2003年，電池出身的比亞迪進(jìn)軍汽車市場，新能源車成為其殺入的關(guān)鍵路線。2007年，比亞迪的首款新能源車—;—;F3DM上市，當(dāng)時國家面向綠色公共出行的“百城百輛”的新能源公交計劃都還未上線。
而在更早的2005年，比亞迪的IGBT研發(fā)團隊便已組建，隸屬比亞迪第六事業(yè)部。這個事業(yè)部承擔(dān)著“集成電路及功率器件的開發(fā)、整合性晶圓制造服務(wù)的生產(chǎn)任務(wù)”。
請注意“整合性晶圓制造服務(wù)”。在2008年，比亞迪以1.71億元的價格，收購了寧波中緯的6英寸晶圓產(chǎn)線。當(dāng)時輿論還認(rèn)為，比亞迪或?qū)⒔柚芯暤男酒a(chǎn)能力，基于自家的手機、電池業(yè)務(wù)發(fā)展自有的消費電子用半導(dǎo)體。但事實證明這更像是為車載功率半導(dǎo)體所作的準(zhǔn)備。
2009年，比亞迪的第一代IGBT芯片，正式研發(fā)成功，通過了中國電器工業(yè)協(xié)會電力電子分會的科技成果鑒定。國外的技術(shù)壟斷，在此時便被比亞迪初步打破了。隨后，比亞迪先后推出的各代IGBT產(chǎn)品逐步搭載在自家新能源汽車上。
比亞迪初代IGBT通過科技成果認(rèn)證的文件
不過，國外早在上世紀(jì)80年代便開啟了對IGBT的研究生產(chǎn)，要在產(chǎn)品上追上國外先進(jìn)水平，顯然需要更多時間。
因此，中途比亞迪的IGBT芯片又歷經(jīng)8年，多次迭代、先后推出多款產(chǎn)品。其間，比亞迪還與上海先進(jìn)半導(dǎo)體在2015年達(dá)成了戰(zhàn)略合作，以利用后者的半導(dǎo)體制造技術(shù)。
終于，比亞迪的IGBT4.0這一具有標(biāo)桿性意義的產(chǎn)品研發(fā)成功、投產(chǎn)、裝車。
IGBT 4.0，便被用于比亞迪新一代主力車型—;—;百公里加速時間達(dá)到4.5秒的唐。這輛車每一次狂暴的動力輸出背后，都有這枚比亞迪自研的IGBT的功勞。
比亞迪唐DM，百公里加速4.5秒
當(dāng)然，技術(shù)是不斷進(jìn)步的。此前，國外IGBT已經(jīng)經(jīng)歷了六次技術(shù)迭代，功率半導(dǎo)體基礎(chǔ)的材料，也從硅（Si）、砷化鎵（GaAs） ，進(jìn)化到了碳化硅（SiC）?；谔蓟璐蛟斓墓β拾雽?dǎo)體，更能耐高溫，可以承受更高的電壓—;—;這樣，原本耐壓能力不強的MOSFET，在用上碳化硅過后，能夠支持的電壓也能與現(xiàn)今車用的IGBT媲美。
而比亞迪已經(jīng)研發(fā)出了基于碳化硅的MOSFET，明年便會推出搭載這一器件的電動車，車輛的電驅(qū)性能還會提升10%。往后，比亞迪計劃在其新能源車產(chǎn)品中，逐步用碳化硅基的功率半導(dǎo)體替代硅基IGBT。
國外巨頭統(tǒng)治IGBT市場 中國如何突破
實際上，比亞迪這樣在新能源車用IGBT上取得突破的選手，在國內(nèi)IGBT產(chǎn)業(yè)確實是鳳毛麟角。
IGBT芯片按工作電壓，大致分為1700V以下、1700V-3300V、3300V-6500V三類。
其中，工作電壓等級在3300-6500V的IGBT主要對應(yīng)發(fā)電、電力傳輸行業(yè)，1700-3300V的IGBT在高鐵等軌道交通領(lǐng)域應(yīng)用較多。
而1700V以下用途中，發(fā)展勢頭最猛的新興產(chǎn)業(yè)，正是新能源車。
然而，目前IGBT的主要生產(chǎn)廠家，無一例外是國外公司，英飛凌、三菱、富士、安森美、德儀、ABB等霸占市場。
其中國內(nèi)新能源車領(lǐng)域的IGBT市場，絕大多數(shù)份額仍然被國外半導(dǎo)體巨頭英飛凌占據(jù)—;—;這一數(shù)據(jù)一度達(dá)到70%。
在2016年全球銷量TOP10的新能源車，有8款使用了英飛凌的IGBT，其中有我們無比熟悉的Model S/X，以及通用Bolt EV。英飛凌憑借壟斷優(yōu)勢，攫取高額利潤，IGBT成本居高不下。
而比亞迪的IGBT 4.0推向市場、應(yīng)用于車型上，則代表了一支重要的國產(chǎn)力量，加入到了這場新能源車核心技術(shù)、核心器件的競賽當(dāng)中來。
在更早之前，中車集團在2014年，完成了高鐵用IGBT的研發(fā)、生產(chǎn)，打破了三菱在這一領(lǐng)域的統(tǒng)治，不僅實現(xiàn)了自產(chǎn)自用，還隨高鐵項目的對外輸出開始向國外供貨。
比亞迪與中車，儼然成為了國產(chǎn)IGBT生產(chǎn)應(yīng)用的雙子星。
在這背后，國內(nèi)的（高壓）IGBT產(chǎn)業(yè)鏈，在下游急切的應(yīng)用需求下，也開始逐步建立起來，士蘭微、華微、華虹、先進(jìn)半導(dǎo)體等等一系列IGBT的IC設(shè)計、晶圓制造公司也成長起來，國內(nèi)的IGBT產(chǎn)業(yè)鏈正在初步成型。而比亞迪自身，也表態(tài)將會對外開放其IGBT供貨。
在一個產(chǎn)業(yè)集群形成后，中國的IGBT乃至更多類型的功率半導(dǎo)體，將有更充足的底氣與國外巨頭抗衡。
新能源車關(guān)鍵領(lǐng)域 中國全面進(jìn)入自主知識產(chǎn)權(quán)時代
借由比亞迪對IGBT4.0的發(fā)布，車東西也關(guān)注到，從芯片到電池到電機，在更加底層、基礎(chǔ)的新能源車關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，中國正在全面進(jìn)入自主知識產(chǎn)權(quán)時代：
前有寧德時代、比亞迪在動力電池的技術(shù)與規(guī)模上的優(yōu)勢建立；
中有精進(jìn)電動、上海電驅(qū)動等電機企業(yè)在中國本土市場上的勝利；
現(xiàn)有比亞迪在IGBT等功率半導(dǎo)體上的大步向前；
未來還可能會有百度等領(lǐng)軍企業(yè)以及其他芯片創(chuàng)業(yè)公司在AI芯片上的突破。
在智能電動車上，中國企業(yè)掌握的技術(shù)越來越往高端、底層進(jìn)發(fā)，越來越能與國外的公司一較高下。
看到了這一點，就不難理解，為何智能電動車總被認(rèn)為是“換道超車”的中國機會。
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