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仅两根头发丝厚薄的东西,却掐住了我国新能源车的发展?

时间:2018-12-18 00:40 来源:https://www.qctt.cn/news/408734

坏消息!

11月销量出来了,没有奇迹发生,全国乘用车销量255万辆,同比下滑13.9%。今年前11个月,全国累计销量为2542万辆,同比下降1.7%。28年来我国乘用车全年累积销量终于迎来了第一次同比下滑,据中汽协预计,这个下滑幅度将会达到3%。

但坏消息总会伴随着好消息!

好消息是今年新能源车市场形势一片大好!11月,新能源汽车产销分别完成17.3万辆和16.9万辆,同比分别增长36.9%和37.6%。1-11月,新能源汽车产销分别完成105.4万辆和103万辆,同比分别增长63.6%和68%。

仅两根头发丝厚薄的东西,却掐住了我国新能源车的发展?

从2015年开始,我国就已经是全球新能源汽车产销第一大国。今年上半年,在全球新能源汽车品牌销量排行榜中,我们有四家厂商进入到前十名,其中比亚迪更是以71328辆夺得桂冠。

单单就这四家厂商,其合计销量就已占全球销量的26%,且据彭博新能源财经(BNEF)预测,到2025年,这个数字将会提升到将近50%。

这么看来,中国新能源市场的前途真是一片光明。但,对不起,这么一个“大头”却被一个小东西掐住了脖子!有多小?只有两根头发丝那么厚,一块手指甲那么大!

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成本高昂,98%的需求得靠进口

大家都知道,在纯电动车里头,动力电池的成本是大头,大概占整车的40%左右。成本仅次于电池的,估计很多人都会认为要么是电机,要么是电机控制器,毕竟纯电动车中最重要的莫过于这“三电”了。

确实,电机驱动控制系统占整车成本的15%~20%,电机也占到了15%左右,三电系统加起来的成本估计要超过整车的70%了!

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但,如果进一步细分,在电控系统里头有一个小小的部件,叫做IGBT,其成本占到了电机控制器总成本的40%,算下来其占整车的成本比例大概是6%~8%,算得上是电动车上最贵的一个零件了。

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IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)全称“绝缘栅双极型晶体管”

其高昂的成本也突显出其在电动车中的重要性!

在比亚迪的发布会上,场外的一位比亚迪工程师用一句话概括了IGBT在电动车上的作用,他说:“其实IGBT就是直接控制直、交流电的转换,同时对交流电机进行变频控制。其好坏直接影响电动车功率的释放速度,这个速度也决定了驱动系统的最大扭矩和最大功率,直接影响汽车的加速性能和汽车的最高时速。”

形象点说,IGBT就是电动车电流流经中的“把门人”,这个“把门人”的效率直接决定了电流从电池到电动机的效率,速度和大小......然而,在我国新能源产业当中,这个“把门人”,到目前为止, 98%还都得依靠进口。

毫不夸张地说一句,如果类似“中兴事件”在汽车行业里面爆发,IGBT很可能就是我们最容易被卡住脖子的地方,目前国内IGBT供应基本还是一家独大——7成的IGBT芯片都来自于英飞凌,一家德国企业。

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所以,别看我们新能源汽车市场闹得欢,实际上脖子一直掐在别人手中。由于只能依赖进口,我国电机控制器大部分元器件的采购成本都比国外贵2~3倍,最终也导致我国电机控制器的成本比国外高1.2~1.8倍。

未来随着新能源车销量继续上升,IGBT的供给会变得很紧张。据世界三大电子元器件分销商之一富昌电子(Future Electronics LTD)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%。

水涨船高,面对如此紧张的供需关系,IGBT的价格估计也会一路高涨,国内的许多新能源车企,将难逃为别人打工、为人做嫁的命运。

当然,我国的IGBT厂商也不是没有,大概有十来家左右,但是这里面90%的厂商都只是研发工业或家用电器类的IGBT芯片,能生产车用IGBT的目前只有中国中车等两家,而真正能供新能源汽车使用,达到车规级的IGBT,目前只有一家能够生产——没错,就是比亚迪!

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比亚迪IGBT4.0较当前市场主流的IGBT:电流输出能力高15%,综合损耗降低了约20%。

为什么车规级IGBT那么难做

其实IGBT也不是什么特别深奥的东西,其第一代产品早在20世纪80年代就出现了。但,正如发动机一样,做出容易但做好很难,再加上现在大部分IGBT的专利都掌握在外企当中,中国企业想要研发出一款好的IGBT芯片更是难上加难了。

刚才也说过IGBT的大小,现在比亚迪第四代的IGBT晶圆大概120 um厚,也就是大概两根头发丝的直径。而每一个晶圆里面还包含着几十万个小的IGBT在里面,这些小的IGBT称之为元胞。

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比亚迪IGBT4.0晶圆

简单来说,制造每一个IGBT晶圆相当于把手指甲打散成每一个细胞,然后再像拼图一样把这些细胞一个一个组装起来。所以在晶圆的产品分析中,工程师需要用到500,000倍的扫描电子显微镜去观察,要知道,2000倍的显微镜就足以把PM2.5的微粒看得一清二楚了!

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IGBT芯片打线

这样的“手术”自然需要一个“无菌”的环境。IGBT的生产环境需要一个极高的洁净度。

比亚迪对其的要求是:每立方英尺(0.0283立方米)中,直径超过0.5微米的微尘离子不能超过1个;晶圆所需要的制造用水的标准要达到超纯水,也就是去除氧和氢以外几乎所有原子,这就需要20多层的净化。

另外,为了确保晶圆在生产过程中保持平稳,其所用到的光刻机需要放置在特制的防震台上,避免路过的车辆、甚至从旁经过的人的脚步对其的影响,而整个晶圆工厂也都需要把地基打到岩石层上。

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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说:“这个行业并不是你砸几十上百亿就能搞掂的,还需要下游企业去拉动,如果与下游应用脱节,你生产出来的芯片就不一定和应用端的产品相适配。”

可惜的是我们现在大部分下游企业——对于车规级的IGBT来说就是各大车企了——都缺乏这样的能力,多数车企都只能采购现成的产品,遵循别人的标准——连标准都是别人的,还谈何创新?

仅两根头发丝厚薄的东西,却掐住了我国新能源车的发展?

比亚迪早在十几年前就已经注意到了电动车的核心技术是什么,并已经提前布局。2005年就组建自己的IGBT研发团队,2009年其自主研发出来的IGBT芯片就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,打破了国外的垄断。

目前,比亚迪是中国唯一一家拥有IGBT完整产业链的车企,包含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。

仅两根头发丝厚薄的东西,却掐住了我国新能源车的发展?

比亚迪之前研发的IGBT 2.5代产品已经在新能源车上大规模应用,但不可否认的是,现在装车的大部分2.5代IGBT芯片,其性能还是落后于国外同类产品的。但比亚迪一直在默默升级,现在已经发展到了4.0代,性能已经赶超国际一线水平,且在2019年就会装车。

未来,国内和国际IGBT芯片前沿技术研发领域的差距还会继续存在,但无论如何,在新能源汽车这个最核心的技术领域,外国公司的垄断被比亚迪打破了。


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