比亞迪發布IGBT“中國芯”,電動車核心技術告別“卡脖子”時代

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2月10日,比亞迪在寧波發布了在車規級領域具有標桿性意義的IGBT4.0技術,再一次展示出其在電動車領域的領先地位。這一晚,比亞迪將IGBT這個長期游離于人們視野、但又堪稱電動車CPU的核心技術帶到了“聚光燈”下。

640.webp-3                                                                                                                              活動現場

640.webp-4                                                                                        比亞迪IGBT4.0晶圓

 

IGBT (InsulatedGate Bipolar Transistor)全稱“絕緣柵雙極型晶體管”,其芯片與動力電池電芯并稱為電動車的 “雙芯”,是影響電動車性能的關鍵技術,其成本占整車成本的5%左右。對于電動車而言,IGBT直接控制驅動系統直、交流電的轉換,決定了車輛的扭矩和最大輸出功率等。得益于在IGBT等核心技術領域的強大實力,比亞迪電動車的超凡性能得以落地并具備持續迭代升級的能力。

 

作為中國第一家實現車規級IGBT大規模量產、也是唯一一家擁有IGBT完整產業鏈的車企,此次發布會上,比亞迪還釋放了另一重磅消息:比亞迪已投入巨資布局性能更加優異的第三代半導體材料SiC(碳化硅),有望于2019年推出搭載SiC電控的電動車。預計到2023年,比亞迪旗下的電動車將全面搭載SiC電控。

 

IGBT屬于汽車功率半導體的一種,因設計門檻高、制造技術難、投資大,被業內稱為電動車核心技術的“珠穆拉瑪峰”。此前,該技術主要掌握在國際巨頭手中。

 

“比亞迪依靠自身強大的研發實力、人才的聚集、產業鏈的配套,在汽車功率半導體領域有了非常核心的突破,這個突破不是今天想,明天投入就能實現的,是積累了十多年的技術、人才和產業鏈才能實現的。”中國半導體行業協會IC設計分會副理事長周生明在活動現場如此表示。

640.webp-5制造IGBT難度極大,在大規模應用的1200V車規級IGBT芯片的晶圓厚度上,比亞迪處于全球先進水平,可將晶圓厚度減薄到120um(約兩根頭發絲直徑)。                                                                       

經過10余年的技術積累,比亞迪IGBT不斷迭代更新。活動現場,中國電器工業協會電力電子分會秘書長蔚紅旗表示:“比亞迪在電動車功率半導體領域布局較早,而且真抓實干,在電動車功率半導體領域創造了領先,中國的電動車發展不用擔心被‘卡脖子’了。”

 

此次推出的比亞迪IGBT4.0,在諸多關鍵技術指標上都優于當前市場主流產品,例如:

 

1.電流輸出能力較當前市場主流的IGBT高15%,支持整車具有更強的加速能力和更大的功率輸出能力。

 

2.同等工況下,綜合損耗較當前市場主流的IGBT降低了約20%。這意味著電流通過IGBT器件時,受到的損耗降低,使得整車電耗顯著降低。以比亞迪全新一代唐為例,在其他條件不變的情況下,僅此一項技術,就成功將百公里電耗降低約3%。

 

3.溫度循環壽命可以做到當前市場主流IGBT的10倍以上。這意味著比亞迪電動車在應對各種極端氣候、路況時,能有更高的可靠性和更長的使用壽命。此前,比亞迪電動車就以其優異的性能與穩定的可靠性,完成了從新疆吐魯番的高溫,到北歐的極寒、再到西藏高原的高海拔等全球最嚴苛自然環境的測試,并在全球300多個市場成功經歷了各種氣候、路況、駕駛習慣的考驗,得到廣泛認可。              

在剛剛結束的2018廣州車展上,比亞迪全新一代唐EV正式對外預售。其百公里加速4.4秒、續航里程600公里(60km/小時等速續航下)的超強性能再度確立了行業領先地位,并獲得消費者的高度認可,預售當天的訂單便突破2000輛。

 

中國科學院院士、國家863“節能與新能源汽車”重大項目專家組組長歐陽明高曾評價,比亞迪全新一代唐“已經可以與世界上任何一家車企的電動汽車技術相較量,代表了當前電動汽車制造的最高水準”。

 

市場和行業的認可,離不開比亞迪IGBT等核心技術的加持。得益于比亞迪IGBT在芯片損耗、電流輸出能力等方面的優異性能,比亞迪插電式混合動力汽車,率先搭載了“542”黑科技——“百公里加速5秒以內、全時電四驅、百公里油耗2升以內”。

640.webp-6                                                       比亞迪全新一代唐EV的續航里程達600公里(60km/小時等速續航下) 

 

從2015到2017年,比亞迪電動車的銷量已經連續三年位居全球第一。這與比亞迪在IGBT等核心技術領域的超前布局密不可分。

 

十多年前,在外界還不看好電動車前景的時候,“技術狂人”王傳福就默默布局了電動車的核心技術。作為2003年才進入汽車行業的新玩家,比亞迪從一開始就密切關注IGBT等電動車核心技術的自主研發和創新。

 

2005年,比亞迪組建自身研發團隊,投入重金布局IGBT產業。

 

2009年9月,比亞迪IGBT芯片通過了中國電器工業協會電力電子分會組織的科技成果鑒定,打破了國際巨頭的技術壟斷。

 

目前,比亞迪已經陸續掌握IGBT芯片設計和制造、模組設計和制造、大功率器件測試應用平臺、電源及電控等環節,是中國唯一一家擁有IGBT完整產業鏈的車企。

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                                                比亞迪IGBT芯片通過中國電器工業協會電力電子分會組織的科技成果鑒定

640.webp-8                                                                                     比亞迪IGBT產品晶圓

 

“馴服”了IGBT,比亞迪又將目光投向了更遠的未來。

 

雖然在未來較長一段時間內,IGBT仍將供不應求。但比亞迪也已預見到,隨著電動車性能不斷地提升,對功率半導體組件提出了更高的要求,當下的IGBT也將逼近硅材料的性能極限。尋求更低芯片損耗、更強電流輸出能力、更耐高溫的全新半導體材料,已成為學界和業界的普遍共識。

 

據悉,比亞迪已投入巨資布局第三代半導體材料SiC,并將整合材料(高純碳化硅粉)、單晶、外延、芯片、封裝等SiC基半導體全產業鏈,致力于降低SiC器件的制造成本,加快其在電動車領域的應用。

640.webp-9                                                                                                                  第三代半導體材料SiC

640.webp-10                                                                                                比亞迪SiC晶圓

 

此次發布會上,比亞迪宣布,已經成功研發了SiC MOSFET(汽車功率半導體包括基于硅或碳化硅等材料打造的IGBT或 MOSFET等),有望于2019年推出搭載SiC電控的電動車。預計到2023年,比亞迪將在旗下的電動車中,實現SiC基車用功率半導體對硅基IGBT的全面替代,將整車性能在現有基礎上再提升10%。

 

比亞迪第六事業部兼太陽能事業部總經理陳剛表示:“SiC MOSFET將成為比亞迪電動車性能持續迭代更新的新一代‘殺手锏’,我們期望在加速、續航等性能指標上,為廣大消費者帶來更多驚喜。”

640.webp-11                                              比亞迪第六事業部兼太陽能事業部總經理陳剛分享比亞迪在汽車功率半導體領域的布局

 

在過去相當長的時間里,IGBT的核心技術始終掌握在國外廠商手里,中高端IGBT市場90%的份額被國際巨頭壟斷,導致“一芯難求”,成為制約我國電動車行業健康、快速發展的主要瓶頸。

 

根據世界三大電子元器件分銷商之一富昌電子(Future Electronics LTD)的統計,2018年,車規級IGBT模塊的交貨周期最長已經達到52周(IGBT的交貨周期正常情況下為8-12周)。而2018-2022年,全球電動車年復合增長率達30%,但同期車規級IGBT市場的年復合增長率僅為15.7%。可以預見,未來幾年全球車規級IGBT市場的供應將愈加緊張。

 

在功率半導體等核心技術的加持下,比亞迪在過去的三年位居全球電動車銷量第一,并助推我國電動車行業高速發展——正是在這三年,我國電動車產銷量持續領跑全球、保有量全球占比達到50%。

 

十多年前,比亞迪打破國際巨頭對IGBT的技術壟斷,助力我國電動車的快速發展;今天,比亞迪推出了全新的車規級IGBT4.0,為我國汽車產業的換道超車,提供強大的“中國芯”。未來,伴隨著比亞迪SiC的推出與大規模應用,我國汽車產業的“再向上”將獲得新的助推力。


 

2018年12月22日 09:07
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