比亚迪发布IGBT 长期隐身的“中国芯”如何引领电动车变革?

比亚迪发布IGBT 长期隐身的“中国芯”如何引领电动车变革?

比亚迪掷出了重量级的“杀手锏”

——12月10日,比亚迪发布了在车规级领域具有标杆性意义的IGBT4.0技术。但比亚迪主持人在开场热身时却说,这一晚,比亚迪将IGBT这个长期游离于人们视野、但又堪称电动车CPU的核心技术带到了“聚光灯”下。比亚迪为何要这样讲呢?IGBT又是什么?

那么,IGBT是什么。IGBT是“Insulated Gate Bipolar Transistor”的英文缩写,中文译为“绝缘栅双极型晶体管”。用最容易理解的话说,就是可以与动力电池电芯并称为电动车的 “双芯”,是影响电动车性能的关键技术。虽然只是一个小小的芯片,但其成本竟然占到整车成本的5%。

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对于电动车而言,IGBT的作用是,直接控制驱动系统直、交流电的转换,因此,IGBT决定了车辆的扭矩和最大输出功率等等。

不得不说,由于比亚迪早期的布局,其在IGBT等核心技术领域具备了可以和国际对手们掰手腕的实力,也正是因此,比亚迪电动车的优越性能得以落地并具备持续迭代升级的能力。

而这一次比亚迪推出的IGBT4.0,在很多关键技术指标上都好于当前市场主流产品。有了底气,比亚迪觉得,该让比亚迪自主研发的、且已经迭代到4.0的IGBT露个脸了。

当比亚迪技术工程师端出精心准备的“IGBT大餐”时,其实现场大多数的媒体还是有点懵,太多的专业术语和技术参数就像天书一般令人眼花缭乱。

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不过,在几个核心点上,比亚迪工程师还是讲得很明白:

第一,IGBT4.0的电流输出能力较当前市场主流的IGBT溢出约15%左右,支持整车具有更强的加速能力和更大的功率输出能力。

第二,在同等工况下,综合损耗较当前市场主流的IGBT降低了约20%。这意味着电流通过IGBT器件时,受到的损耗降低,使得整车电耗显著降低。

第三,温度循环寿命可以做到当前市场主流IGBT的10倍以上。这意味着电动车在应对各种极端气候、路况时,能有更高的可靠性和更长的使用寿命。

也就是说,在电流输出能力、综合损耗及可靠性上,比亚迪IGBT4.0都比竞争对手有着更好的性能体现。而上述几组数据带来最直接的结果是,配载了该芯片的比亚迪全新一代唐EV百公里加速可以达到4.4秒、续航里程可以达到600公里(60km/小时等速续航下)的超强性能,这都是目前最优的性能。

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对此,中国科学院院士、国家863“节能与新能源汽车”重大项目专家组组长欧阳明高给予了很高的评价,他说,比亚迪全新一代唐“已经可以与世界上任何一家车企的电动汽车技术相较量,代表了当前电动汽车制造的最高水准”。

然而,这一成绩并不是靠运气得来的。

十多年前,在外界还不看好电动车前景的时候,“技术狂人”王传福就默默布局了电动车的核心技术。作为2003年才进入汽车行业的新玩家,比亚迪从一开始就密切关注到IGBT等电动车核心技术的自主研发和创新。

2005年,比亚迪组建自身研发团队,投入重金布局IGBT产业。

2009年9月,比亚迪IGBT芯片通过了中国电器工业协会电力电子分会组织的科技成果鉴定,成功打破了国际巨头的技术垄断。

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眼下,比亚迪已经陆续掌握IGBT芯片设计和制造、模组设计和制造、大功率器件测试应用平台、电源及电控等环节,是中国唯一一家拥有IGBT完整产业链的车企,这也是最值得比亚迪骄傲的地方。

举一个例子,在大规模应用的1200V车规级IGBT芯片的晶圆厚度上,比亚迪可将晶圆厚度减薄到120um(约两根头发丝直径),毫无疑问,这是全球先进水平的真实呈现。

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中国半导体行业协会IC设计分会副理事长周生明颇有感触地说,“我们的产品和他国产品形成竞争时,你会感觉到这是我们的瓶颈。”言语中似乎透露着无奈。

但在听完比亚迪IGBT4.0的技术解析后,他觉得,在半导体行业,中国企业不是没有机会和希望,比亚迪的技术能力让他感到振奋,“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,在这方面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。”

长期浸淫在半导体领域的从业者都知道,在过去相当长的时间里,IGBT的核心技术始终掌握在国外厂商手里,中高端IGBT市场90%的份额被国际巨头垄断,导致“一芯难求”,这成为制约我国电动车行业健康、快速发展的主要瓶颈。

而根据世界三大电子元器件分销商之一富昌电子(Future Electronics LTD)的统计,2018年,车规级IGBT模块的交货周期最长已经达到52周(IGBT的交货周期正常情况下为8-12周)。而2018-2022年,全球电动车年复合增长率达30%,但同期车规级IGBT市场的年复合增长率仅为15.7%。可以预见,未来几年全球车规级IGBT市场的供应将愈加紧张。

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IGBT因设计门槛高、制造技术难、投资大,被业内称为电动车核心技术的“珠穆拉玛峰”。别说是国内车企极少会有这方面的技术储备和研发优势,就是半导体企业也是难有破局。幸运的是,由于比亚迪立足长远发展的战略眼光,迅速跟进并打破了国际巨头对IGBT的技术垄断。今天,比亚迪推出了全新的车规级IGBT4.0,为我国汽车产业的换道超车,将提供更加强大的“中国芯”。

中国电器工业协会电力电子分会秘书长蔚红旗在参观了比亚迪晶圆生产线之后认为,比亚迪是中国第一家实现车规级IGBT大规模量产、也是唯一一家拥有IGBT完整产业链的车企。

“驯服”了IGBT,比亚迪又将目光投向了更远的未来。

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也是在这一次发布会上,比亚迪释放的另一重磅消息:比亚迪已投入巨资布局性能更加优异的SiC(碳化硅),并有望于2019年推出搭载SiC电控的电动车。预计到2023年,比亚迪旗下的电动车将全面搭载SiC电控。

“虽然在未来较长一段时间内,IGBT仍将供不应求。但比亚迪也已预见到,随着电动车性能不断地提升,对功率半导体组件提出了更高的要求,当下的IGBT也将逼近硅材料的性能极限。”比亚迪第六事业部兼太阳能事业部总经理陈刚表示。

寻求芯片损耗更低、电流输出能力更强、更耐高温的全新半导体材料,已成为学界和业界的普遍共识。比亚迪早早投入巨资布局第三代半导体材料SiC,并将整合材料(高纯碳化硅粉)、单晶、外延、芯片、封装等SiC基半导体全产业链,致力于降低SiC器件的制造成本,加快其在电动车领域的应用。

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此次发布会上,比亚迪宣布,已经成功研发了SiC MOSFET(汽车功率半导体包括基于硅或碳化硅等材料打造的IGBT或 MOSFET等),也就是说,距离市场化已经不远了。

“实现SiC基车用功率半导体对硅基IGBT的全面替代,可将整车性能在现有基础上再提升10%。”陈刚说,“SiC MOSFET将成为比亚迪电动车性能持续迭代更新的新一代‘杀手锏’,我们期望在加速、续航等性能指标上,为广大消费者带来更多惊喜。”同时,他也表示,比亚迪将加大开放力度,与国内新能源车企实现共同发展、合作共赢。

业内人士认为,未来,伴随着比亚迪SiC的推出与大规模应用,我国新能源汽车产业的“再向上”将获得新的助推力。


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