“技术狂”比亚迪发布中国芯 IGBT技术打破自主创新僵局

极速侠  一点号财经网讯 12月10日比亚迪IGBT技术解析会在浙江宁波顺利召开。解析会上比亚迪在车规级领域发布了具有标杆性意义的IGBT4.0技术,再一次展示出其在电动车领域的领先地位。image.png2005年,比亚迪组建IGBT研发团队,正式进军IGBT领域。此前,IGBT的核心技术长期以来始终掌握在国外厂商手里。到了2009年,比亚迪IGBT芯片成功通过中国电器工业协会电力电子分会组织的科技成果鉴定,这也标志着中国在IGBT芯片技术上实现零的突破,打破了国际巨头的技术垄断僵局。如今,在该领域比亚迪截至2018年11月,累计申请IGBT相关专利175件,其中授权专利114件。这对于促进我国芯片产业以及新能源汽车产业的发展具有深远影响。而IGBT和电池这两项技术是当今制约电动车发展核心,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,应用于新能源汽车的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年全球新能源汽车产量年复合增长率达30%,但同期车规级IGBT产量的年复合增长率仅为15.7%(IGBT产业整体同期为8.2% )。在如今新能源汽车行业高速发展浪潮下,可以预见,未来几年全球车规级IGBT市场的供应将愈加紧张。“命脉”IGBTIGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管) ,其芯片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,其成本占整车成本的5%左右。image.png但IGBT因技术难、投资大,与动力电池一样,成为新能源汽车技术发展中难以逾越的鸿沟。可现今电池产业发展较快,2017年中国动力电池产量达44.5GWh(数据来源:高工产研锂电研究所(GGII) 《2017年中国动力电池产业发展报告》),基本满足了新能源汽车的配套要求。但IGBT的发展却严重滞后,中高端IGBT产能严重不足,长期依赖国际巨头,导致“一芯难求”。另外,IGBT也是新能源汽车最为核心的技术,其好坏直接影响电动车功率的释放速度:直接控制直、交流电的转换,同时对交流电机进行变频控制,决定驱动系统的扭矩(直接影响汽车加速能力)、最大输出功率(直接影响汽车最高时速)等,被称为电力电子装置的“CPU”。 因此,一块IGBT模块尽管只有巴掌大小,却是驾驭一台庞大装备的“命脉”。据了解,IGBT模块设计难度大:需要考虑材料匹配、散热、结构、功率密度、外观、重量等多项指标。其主要开发难点存在于其尺寸仅有指甲大小,但却要在其上蚀刻十几万乃至几十万的微观结构电路,仅能在显微镜下查看。而晶圆制造工艺难度最主要体现在薄片加工处理上,晶圆制造的厂房洁净度要求非常高,需要一级净化。一个零点几微米的微尘掉落在晶圆上,就会造成一颗IGBT芯片失效。根据相关数据显示,中国IGBT市场一直被国际巨头垄断,90%的份额掌握在英飞凌、三菱等海外巨头手中。在会上,中国半导体行业协会IC设计分会副理事长周生明表示:“比亚迪有得天独厚的条件,做IGBT有最大的自己的应用市场,可以让我们充分施展拳脚,如果没有比亚迪这样整体的产业链,也许你造出来的IGBT很多人也不敢用,原来我们是依赖型经济,现在遇到了贸易争端发现依赖型不行,特别是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。但是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,一般的企业不具备这种市立,所以这是今天我学习到的最深的东西。”如今,比亚迪经过十余年耕耘,成功研发出全新的车规级产品IGBT4.0,成为车规级IGBT的标杆。得益于在IGBT领域的成果,使比亚迪电动汽车的超凡性能得以成功落地,并具有持续迭代升级的能力。如比亚迪全新一代唐EV的百公里加速时间达到行业领先的4.4秒的成绩,不少的功劳也得益于IGBT对电流准确、有效的控制。同时,比亚迪IGBT在芯片损耗、电流输出能力等方面的优异性能,和电池等其他关键技术一起,将比亚迪全新一代唐EV等纯电动车的续航里程提升到了600公里(60KM/小时等速行驶情况下)。作为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,此次发布会上,比亚迪还释放了另一重磅消息:比亚迪已投入巨资布局性能更加优异的第三代半导体材料SiC(碳化硅),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。中国电器工业协会电力电子分会秘书长蔚红旗认为:“碳化硅是新一代功率半导体器件,不光是中国的功率器件的发展方向,在整个世界都是如此,但是中国的需求是最大的。半导体这块最大的市场需求在中国,不仅仅是在微电子还有新能源车高铁包括输电领域,所以这块我们必须要自主研发进行发展,比亚迪今天演示的和我去工厂看到的的确是一些亮点,比方说明年的规划,比方说现在已经用到的铝碳化硅的散热技术,确实是让我耳目一新,原来没有想到是这样发展的程度。比亚迪如果像之前一如既往坚持的话,我想恐怕要不了十年就会取得相当令人瞩目的成就,因为这块确实是因为需求在拉动。刚才陈总演讲时也提到,比亚迪确实是全产业链的车企,这点对于功率半导体器件来说的确是非常好的契机,恐怕在全国的车企里没有第二家。”“双芯”加持享有“技术狂”之称的比亚迪掌握了功率半导体和电池“双芯”、电机、电控等电动车全产业链的核心技术。同时也是全球唯一一家同时拥有动力电池和电动汽车大规模生产能力的企业。电池技术方面,比亚迪在电池领域已有24年经验,具备100%自主研发、设计和生产能力,并形成了完整(原材料、研发、设计、制造、应用以及回收)的电池产业链。电机方面,比亚迪新能源汽车采用了永磁同步电机,具有高效率、高功率密度、高可靠性的特点。相对国内工业电机企业转型制造的动力电机,以及部分车企外采的做法,比亚迪作为掌握汽车驱动电机核心技术的汽车品牌,配套兼容性更强。而电控方面,IGBT是电动汽车控制系统的核心,与动力电池的电芯一起被称为电动车“双芯”,是制约电动车商业化的两大核心技术。比亚迪在车规级IGBT领域行业标杆级的技术实力,让比亚迪的电控系统在性能上获得质的提升。如今,比亚迪已经形成的十分完善且丰富的产品矩阵,并实现新能源汽车全领域覆盖并大规模商业应用。目前,比亚迪已经形成乘用车和商用车两大产品系列,涵盖七大常规领域和四大特殊领域(即“7+4”战略,其中“7”为私家车、出租车、城市公交、道路客运、城市商品物流、城市建筑物流、环卫车;“4”为仓储、港口、机场、矿山专用车辆)。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),有望于2019年推出搭载SiC电控的电动车。预计到2023年,比亚迪将在旗下的电动车中,实现SiC基车用功率半导体对硅基IGBT的全面替代,将整车性能在现有基础上再提升10%。比亚迪第六事业部兼太阳能事业部总经理陈刚表示:“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。”结语:随着能源危机、气候变化和环境污染的加剧,电动化将成为汽车历史最大的变革。而中国作为最早大规模推广新能源汽车的国家,掌握核心技术将成为中国企业变大、变强的必经之路。以“技术”为核心的比亚迪拥有超过20000名技术人员。截止2018年9月,比亚迪集团全球累计申请专利超过2.4万项,其中已被授权专利约1.5万项,这也许是比亚迪对“技术”二字最为生动的诠释。

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