中國儲能網(wǎng)訊：據(jù)中汽協(xié)發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，11月，我國新能源汽車銷量為16.9萬輛，較去年同期增長37.6%。前11個月新能源汽車總銷量103萬輛，較上年同期增長68%。在國內(nèi)新能源車銷量不斷看漲的同時，中國的新能源行業(yè)再有好消息傳來——中國車企比亞迪在技術領域再獲突破。
2018年12月10日，比亞迪在浙江寧波公開發(fā)布了IGBT4.0技術，這意味著電動車的“中國芯”研發(fā)取得重大進展。據(jù)介紹，IGBT4.0在諸多關鍵技術指標上都優(yōu)于當前市場主流產(chǎn)品，其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；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。
隨著中國具備自主知識產(chǎn)權的IGBT產(chǎn)品實現(xiàn)量產(chǎn)，中國在這個領域中實現(xiàn)了與德國、日本三分天下。但是從整體來看，面對國內(nèi)外競爭對手的虎視眈眈，比亞迪在這場全球性的電動車核心技術爭奪戰(zhàn)中，依然“壓力山大”。
●不能不提的IGBT
IGBT是什么？它的全稱是絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor)，是功率半導體器件第三次技術革命的代表性產(chǎn)品，具有高頻率、高電壓、大電流，易于開關等優(yōu)良性能，被業(yè)界譽為功率變流裝置的“CPU”，小到家電，大到飛機、艦船、交通、電網(wǎng)等戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，都無法離開它。
那么，新能源汽車為何要用到IGBT呢？其實，無論是太陽能電池、風力發(fā)電還是新能源汽車，其系統(tǒng)應用都需要把直流電轉換為交流電，承擔這一任務的部件稱為逆變器。而逆變器的核心器件，正是IGBT，也是價格最高的部件之一。IGBT的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。
電動車的常用電壓一般為600-1200V，對電動車而言，IGBT決定了驅(qū)動系統(tǒng)的扭矩（直接影響加速能力）、最大輸出功率（直接影響最高時速），以及車輛的電能損耗（直接影響續(xù)駛里程）等?？梢哉f，你在大街上看到的每一輛電動車，內(nèi)部都安裝有IGBT。據(jù)稱，在一輛電動車的成本當中，IGBT要占到5%左右。
作為一種技術含量極高的元器件，即便在全球市場內(nèi)，IGBT主要供應廠商也不多，并且基本是歐美及日本幾家公司。此前代表著IGBT技術的最高水平的公司包括德國英飛凌、瑞士ABB以及日本三菱、東芝、富士等公司。在高電壓等級領域(3300V以上)更是完全由英飛凌、ABB、三菱三大公司所控制。
『IGBT』
相關數(shù)據(jù)顯示，中國IGBT市場長期被國際巨頭壟斷，90%的市場供應來自于英飛凌、三菱等海外巨頭?；旧夏壳敖^大部分市面上生產(chǎn)的新能源車，其IGBT模塊都要從國外采購。
●比亞迪在IGBT領域的奮斗史
那么，比亞迪是什么時候進入IGBT領域的呢？
1995年，比亞迪在深圳成立，以電池生產(chǎn)為主要業(yè)務。2003年，比亞迪成為全球第二大充電電池生產(chǎn)商，同年組建比亞迪汽車，涉足整車領域。2005年，比亞迪就開始組建自身研發(fā)團隊，投入重金布局IGBT產(chǎn)業(yè)。業(yè)內(nèi)公認，比亞迪是IGBT領域國內(nèi)一流的集設計、制造和銷售為一體的集成電路系統(tǒng)集成服務商（IDM），其在國內(nèi)的競爭對手包括株洲中車時代電氣、杭州士蘭微、吉林華微、中航微電等等。
2009年9月，比亞迪研發(fā)的IGBT芯片通過了中國電器工業(yè)協(xié)會電力電子分會組織的科技成果鑒定，開始打破國際巨頭的技術壟斷。
對比亞迪IGBT研發(fā)同樣重要的一件事也發(fā)生在2009年。這一年，比亞迪收購了臺灣留美博士馮明憲與蔡南雄創(chuàng)辦的寧波中緯電路工廠，由此建立了深圳、寧波兩大生產(chǎn)基地。
2005年至今，比亞迪已經(jīng)陸續(xù)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(huán)節(jié)，也是目前國內(nèi)唯一一家擁有IGBT完整產(chǎn)業(yè)鏈的車企。數(shù)據(jù)顯示，截至2018年11月，比亞迪的IGBT模塊累計裝車已經(jīng)超過50萬輛。
『比亞迪生產(chǎn)的IGBT』
除了打破國際巨頭的壟斷，比亞迪IGBT4.0的意義，可能還在于為更多新能源車企業(yè)提供性價比高、發(fā)貨速度快的IGBT模塊。
根據(jù)富昌電子（Future Electronics LTD）的統(tǒng)計，2018年，應用于新能源汽車的IGBT模塊的交貨周期最長已達到52周（正常情況下為8-12周）。預計2018-2022年全球新能源汽車產(chǎn)量年復合增長率達30%，但同期車規(guī)級IGBT產(chǎn)量的年復合增長率僅為15.7%。
比亞迪對外公布的規(guī)劃是，2018年年底比亞迪IGBT晶圓的產(chǎn)能將擴大到月產(chǎn)5萬片，如果一輛車用一片，相當于供應5萬輛車的產(chǎn)能。到2020年，比亞迪希望達到月產(chǎn)10萬片晶圓的能力，每年可供應120萬輛車裝車。
『比亞迪發(fā)布IGBT4.0』
當然，目前國內(nèi)汽車領域在做IGBT的也并不止比亞迪一家。2015年底，中車株洲所旗下時代電氣公司與北汽集團旗下的北汽新能源簽署協(xié)議，全面啟動汽車級IGBT、電機驅(qū)動系統(tǒng)等業(yè)務的合作。
2017年底，北汽新能源汽車股份公司與江蘇宏微科技股份有限公司聯(lián)合成立宏微-北汽新能源IGBT聯(lián)合實驗室，計劃從芯片設計到模塊設計與封裝再到電機控制器設計與生產(chǎn)，聯(lián)合打造電機控制器產(chǎn)業(yè)鏈。
2018年年初，英飛凌與上海汽車集團股份有限公司成立合資企業(yè)上汽英飛凌汽車功率半導體（上海）有限公司，英飛凌在合資公司中的占股比例為49%。合資公司投資共分為三期，首期投資合一億歐元。
由此看來，盡管目前比亞迪是國內(nèi)唯一掌握IGBT技術的新能源車企，但該領域的對手也并不在少數(shù)，北汽、上汽作為后來者也加入車用IGBT研發(fā)的隊伍。這將會是一場持久戰(zhàn)。
●電動車技術競爭戰(zhàn)火仍酣
于比亞迪而言，IGBT技術的突破是一大步。但對于電動車的核心技術競爭來說，這一步雖然重要，但卻只是攻克了其中一個壁壘。從電池、電機到電控再到材料，電動車行業(yè)未來的競爭依然激烈。
以電池為例，其技術路線也經(jīng)歷了多次搖擺，不同的車企對于電池的研發(fā)和使用也各有選擇。主流的電池包括磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池，比亞迪在早期選擇是自主研發(fā)的磷酸鐵鋰電池。其主要原因，在于車載電池界的日韓企業(yè)早早的掌握了錳酸鋰和三元鋰的核心技術。尤其是三元鋰，無論是技術、工藝還是設備，日韓行業(yè)龍頭都已達到非常成熟穩(wěn)定階段。但當時磷酸鐵鋰電池技術方面日韓、歐美的企業(yè)涉及較少，且安全性相較鋰電池更高，故比亞迪一開始就選擇磷酸鐵鋰電池作為突破口，其技術很快達到領先水平。
『比亞迪生產(chǎn)的電池』
但從現(xiàn)在來看，比亞迪當時的選擇未必絕對正確。由于碳酸鐵鋰電池的能量密度較低，在續(xù)航里程相同的情況下，搭載磷酸鐵鋰電池的車輛自重更高，直接導致能耗不理想。在北方寒冷的天氣，比亞迪的磷酸鐵鋰電池衰減比較嚴重，而三元鋰電池在低溫狀態(tài)下放電性能更好，所以比亞迪在北方市場的認可度常年較低。當然，電動大巴等商用車使用碳酸鐵鋰電池的效果還是不錯的。
更為致命的沖擊來自政策層面。近年來，國家對新能源汽車的電池能量密度要求逐步提高，磷酸鐵鋰電池受限于材料的問題，能量密度很難再繼續(xù)提高，所以比亞迪也不得不于2017年前后大量使用三元鋰電池。但是，就目前的情況來看，在鋰電池的研發(fā)領域，比亞迪還暫時不能趕超已經(jīng)有大量技術儲備的松下，后者的鋰電池被特斯拉等中外知名電動車企業(yè)大量使用。即便在國內(nèi)，寧德時代的三元電池單體密度已達到200Wh/kg，到2020年的規(guī)劃是250Wh/kg-300Wh/kg，而比亞迪到2020年的規(guī)劃最高是250Wh/kg，相較起來，比亞迪的三元鋰電池技術上并不占優(yōu)。
隨著技術的發(fā)展，氫燃料電池開始被視為新能源電池的未來發(fā)展方向。氫燃料電池最基本原理就是電解水的逆反應，它不用充電，只需要加氫氣，使用異常方便，但其儲存和運輸方面還有很多障礙。所以，圍繞電動車電池的研發(fā)和競爭還將持續(xù)，比亞迪還需要在這方面繼續(xù)努力。
作為新能源汽車的心臟，電機能夠?qū)㈦姵刂械碾娔苻D換為動力，保證平順、穩(wěn)定的動力轉化，讓車輛高效前行。在電機選取的思路上，特斯拉、北汽新能源采用的都是目前技術更成熟、應用領域廣泛的異步電動機。而比亞迪卻卻選擇了另外一條路線，即研發(fā)永磁同步電動機。
永磁同步電機與普通異步速電機相比，具有效率高、啟動轉矩大、體積小、重量輕的優(yōu)勢，當然也存在控制問題、成本問題需要攻克。比亞迪自主研發(fā)的永磁同步電機，在效率以及功率密度方面得到了不小提升，提速性能比異步電動機更快，且結構簡單，維護起來相對容易。目前最新的資料顯示，比亞迪的新一代電機的最大功率已達160kw，峰值扭矩310Nm。
『永磁同步電機』
在電控系統(tǒng)方面，比亞迪雙?；旌蟿恿嚥捎米灾餮邪l(fā)的電機控制系統(tǒng)，低速時采用電機驅(qū)動，節(jié)約能耗，高速時采用發(fā)動機驅(qū)動，效率較高，提高了燃油經(jīng)濟性。當然，比亞迪的電控技術相較國內(nèi)車企具備一定優(yōu)勢，但和特斯拉研發(fā)的電控技術相比，目前還是相對遜色，仍需繼續(xù)優(yōu)化。
航空界有句術語，一代材料，一代戰(zhàn)機。其實，電動車領域也同樣如此。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。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(yè)界的共識，比亞迪也加入了這一戰(zhàn)場。
碳化硅（SiC）器件比硅（Si）器件具備更高的電流密度，在功率等級相同的條件下，采用碳化硅（SiC）器件可將電力驅(qū)動系統(tǒng)體積減小3-5倍，使系統(tǒng)的功率密度更高、設計更緊湊。因此，在相同的電池容量下，基于碳化硅（SiC）的驅(qū)動系統(tǒng)使電動車續(xù)航里程更長。目前，比亞迪已投入巨資布局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(chǎn)業(yè)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。
『碳化硅（SiC）』
2018年12月10日，比亞迪對外宣布，已經(jīng)成功研發(fā)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(xiàn)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(xiàn)有基礎上提升10%。
編輯觀點：逆水行舟，不進則退。盡管比亞迪掌握了“電池、電機、電控”這一核心技術鏈，并在IGBT等領域取得一些突破，但技術的迭代速度永遠讓人吃驚。特斯拉、寶馬、奧迪等傳統(tǒng)車企紛紛入局電動車，松下在電池領域的技術領先優(yōu)勢也暫時無法撼動，要想贏得激烈的新能源車爭奪戰(zhàn)，比亞迪還需要付出更多的努力。（文/汽車之家 彭科峰）
