僅兩根頭髮絲厚薄的東西,卻掐住了我國新能源車的發展?

壞消息!

11月銷量出來了,沒有奇蹟發生,全國乘用車銷量255萬輛,同比下滑13.9%。今年前11個月,全國累計銷量為2542萬輛,同比下降1.7%。28年來我國乘用車全年累積銷量終於迎來了第一次同比下滑,據中汽協預計,這個下滑幅度將會達到3%。

但壞消息總會伴隨著好消息!

好消息是今年新能源車市場形勢一片大好!11月,新能源汽車產銷分別完成17.3萬輛和16.9萬輛,同比分別增長36.9%和37.6%。1-11月,新能源汽車產銷分別完成105.4萬輛和103萬輛,同比分別增長63.6%和68%。

僅兩根頭髮絲厚薄的東西,卻掐住了我國新能源車的發展?

從2015年開始,我國就已經是全球新能源汽車產銷第一大國。今年上半年,在全球新能源汽車品牌銷量排行榜中,我們有四家廠商進入到前十名,其中比亞迪更是以71328輛奪得桂冠。

單單就這四家廠商,其合計銷量就已佔全球銷量的26%,且據彭博新能源財經(BNEF)預測,到2025年,這個數字將會提升到將近50%。

這麼看來,中國新能源市場的前途真是一片光明。但,對不起,這麼一個“大頭”卻被一個小東西掐住了脖子!有多小?只有兩根頭髮絲那麼厚,一塊手指甲那麼大!

僅兩根頭髮絲厚薄的東西,卻掐住了我國新能源車的發展?


成本高昂,98%的需求得靠進口

大家都知道,在純電動車裡頭,動力電池的成本是大頭,大概佔整車的40%左右。成本僅次於電池的,估計很多人都會認為要麼是電機,要麼是電機控制器,畢竟純電動車中最重要的莫過於這“三電”了。

確實,電機驅動控制系統佔整車成本的15%~20%,電機也佔到了15%左右,三電系統加起來的成本估計要超過整車的70%了!

僅兩根頭髮絲厚薄的東西,卻掐住了我國新能源車的發展?


但,如果進一步細分,在電控系統裡頭有一個小小的部件,叫做IGBT,其成本佔到了電機控制器總成本的40%,算下來其佔整車的成本比例大概是6%~8%,算得上是電動車上最貴的一個零件了。


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IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)全稱“絕緣柵雙極型晶體管”

其高昂的成本也突顯出其在電動車中的重要性!

在比亞迪的發佈會上,場外的一位比亞迪工程師用一句話概括了IGBT在電動車上的作用,他說:“其實IGBT就是直接控制直、交流電的轉換,同時對交流電機進行變頻控制。其好壞直接影響電動車功率的釋放速度,這個速度也決定了驅動系統的最大扭矩和最大功率,直接影響汽車的加速性能和汽車的最高時速。”

形象點說,IGBT就是電動車電流流經中的“把門人”,這個“把門人”的效率直接決定了電流從電池到電動機的效率,速度和大小......然而,在我國新能源產業當中,這個“把門人”,到目前為止, 98%還都得依靠進口。

毫不誇張地說一句,如果類似“中興事件”在汽車行業裡面爆發,IGBT很可能就是我們最容易被卡住脖子的地方,目前國內IGBT供應基本還是一家獨大——7成的IGBT芯片都來自於英飛凌,一家德國企業。

僅兩根頭髮絲厚薄的東西,卻掐住了我國新能源車的發展?

所以,別看我們新能源汽車市場鬧得歡,實際上脖子一直掐在別人手中。由於只能依賴進口,我國電機控制器大部分元器件的採購成本都比國外貴2~3倍,最終也導致我國電機控制器的成本比國外高1.2~1.8倍。

未來隨著新能源車銷量繼續上升,IGBT的供給會變得很緊張。據世界三大電子元器件分銷商之一富昌電子(Future Electronics LTD)統計,2018年,車規級IGBT模塊的交貨週期最長已經達到52周(IGBT的交貨週期正常情況下為8-12周)。而2018-2022年,全球電動車年複合增長率達30%,但同期車規級IGBT市場的年複合增長率僅為15.7%。

水漲船高,面對如此緊張的供需關係,IGBT的價格估計也會一路高漲,國內的許多新能源車企,將難逃為別人打工、為人做嫁的命運。

當然,我國的IGBT廠商也不是沒有,大概有十來家左右,但是這裡面90%的廠商都只是研發工業或家用電器類的IGBT芯片,能生產車用IGBT的目前只有中國中車等兩家,而真正能供新能源汽車使用,達到車規級的IGBT,目前只有一家能夠生產——沒錯,就是比亞迪!

僅兩根頭髮絲厚薄的東西,卻掐住了我國新能源車的發展?

比亞迪IGBT4.0較當前市場主流的IGBT:電流輸出能力高15%,綜合損耗降低了約20%。

為什麼車規級IGBT那麼難做

其實IGBT也不是什麼特別深奧的東西,其第一代產品早在20世紀80年代就出現了。但,正如發動機一樣,做出容易但做好很難,再加上現在大部分IGBT的專利都掌握在外企當中,中國企業想要研發出一款好的IGBT芯片更是難上加難了。

剛才也說過IGBT的大小,現在比亞迪第四代的IGBT晶圓大概120 um厚,也就是大概兩根頭髮絲的直徑。而每一個晶圓裡面還包含著幾十萬個小的IGBT在裡面,這些小的IGBT稱之為元胞。

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比亞迪IGBT4.0晶圓

簡單來說,製造每一個IGBT晶圓相當於把手指甲打散成每一個細胞,然後再像拼圖一樣把這些細胞一個一個組裝起來。所以在晶圓的產品分析中,工程師需要用到500,000倍的掃描電子顯微鏡去觀察,要知道,2000倍的顯微鏡就足以把PM2.5的微粒看得一清二楚了!

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IGBT芯片打線

這樣的“手術”自然需要一個“無菌”的環境。IGBT的生產環境需要一個極高的潔淨度。

比亞迪對其的要求是:每立方英尺(0.0283立方米)中,直徑超過0.5微米的微塵離子不能超過1個;晶圓所需要的製造用水的標準要達到超純水,也就是去除氧和氫以外幾乎所有原子,這就需要20多層的淨化。

另外,為了確保晶圓在生產過程中保持平穩,其所用到的光刻機需要放置在特製的防震臺上,避免路過的車輛、甚至從旁經過的人的腳步對其的影響,而整個晶圓工廠也都需要把地基打到岩石層上。

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中國半導體行業協會IC設計分會副理事長周生明說:“這個行業並不是你砸幾十上百億就能搞掂的,還需要下游企業去拉動,如果與下游應用脫節,你生產出來的芯片就不一定和應用端的產品相適配。”

可惜的是我們現在大部分下游企業——對於車規級的IGBT來說就是各大車企了——都缺乏這樣的能力,多數車企都只能採購現成的產品,遵循別人的標準——連標準都是別人的,還談何創新?

僅兩根頭髮絲厚薄的東西,卻掐住了我國新能源車的發展?


比亞迪早在十幾年前就已經注意到了電動車的核心技術是什麼,並已經提前佈局。2005年就組建自己的IGBT研發團隊,2009年其自主研發出來的IGBT芯片就通過了中國電器工業協會電力電子分會組織的科技成果鑑定,打破了國外的壟斷。

目前,比亞迪是中國唯一一家擁有IGBT完整產業鏈的車企,包含IGBT芯片設計和製造、模組設計和製造、大功率器件測試應用平臺、電源及電控等。

僅兩根頭髮絲厚薄的東西,卻掐住了我國新能源車的發展?


比亞迪之前研發的IGBT 2.5代產品已經在新能源車上大規模應用,但不可否認的是,現在裝車的大部分2.5代IGBT芯片,其性能還是落後於國外同類產品的。但比亞迪一直在默默升級,現在已經發展到了4.0代,性能已經趕超國際一線水平,且在2019年就會裝車。

未來,國內和國際IGBT芯片前沿技術研發領域的差距還會繼續存在,但無論如何,在新能源汽車這個最核心的技術領域,外國公司的壟斷被比亞迪打破了。


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