IGBT芯片在新能源汽車制造中的重要性

近期，中美貿(mào)易戰(zhàn)打的如火如荼，不得不讓人聯(lián)想到中興通訊事件。此次事件也將進(jìn)一步推動國產(chǎn)通信設(shè)備行業(yè)走上替代化之路，事件的轉(zhuǎn)機(jī)并不能改變自主可控和國產(chǎn)替代的中長期邏輯，未來國家戰(zhàn)略或更加偏向芯片等核心技術(shù)的研發(fā)。

反觀汽車行業(yè)的零配件市場，尤其是芯片市場。目前，汽車行業(yè)新能源與智能化的發(fā)展趨勢大熱，被廣泛看好，這也導(dǎo)致2017年半導(dǎo)體芯片價(jià)格飛漲。現(xiàn)在，平均每輛汽車裝載8個(gè)汽車芯片，未來將會越來越多。而現(xiàn)在國內(nèi)汽車行業(yè)所用的芯片幾乎全靠進(jìn)口。

其中，以新能源汽車動力電池管理系統(tǒng)中的芯片為例。眾所周知，新能源車區(qū)別于傳統(tǒng)車最核心的技術(shù)就是“三電”：電池、電驅(qū)、電控。而新能源車的電控除了傳統(tǒng)意義上的整車控制器還包括電機(jī)控制器和電池管理系統(tǒng)等。電機(jī)電控核心組件如IGBT 芯片的技術(shù)能力也從根本上決定了電控系統(tǒng)的整體技術(shù)水平。

1、IGBT芯片在新能源汽車制造中的重要性

IGBT是能源變換與傳輸?shù)暮诵钠骷渥饔檬墙涣麟姾椭绷麟姷霓D(zhuǎn)換，同時(shí)IGBT還承擔(dān)電壓的高低轉(zhuǎn)換的功能：外界充電的時(shí)候是交流電，需要通過IGBT轉(zhuǎn)變成直流電然后給電池，同時(shí)要把220V電壓轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)碾妷阂陨喜拍芙o電池組充電。電池放電的時(shí)候，通過IGBT把直流電轉(zhuǎn)變成交流電機(jī)使用的交流電，同時(shí)起到對交流電機(jī)的變頻控制，當(dāng)然變壓是必不可少的。IGBT是功率半導(dǎo)體器件，可以說是電動車的核心技術(shù)之一，IGBT的好壞直接影響電動車功率的釋放速度。

目前，IGBT大約占電機(jī)控制器總成本的40%以上，而電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)占整車成本的15%～20%，也就是說IGBT占整車成本的7%～10%，是電動車?yán)锍姵赝庾畎嘿F的部件。

2、我國新能源汽車IGBT市場現(xiàn)狀及與國外廠商的技術(shù)差距

目前，我國車用IGBT技術(shù)才剛剛起步，芯片和模塊在國內(nèi)尚未完全形成產(chǎn)業(yè)布局。為此，我國新能源汽車IGBT產(chǎn)品98%以上采用國外進(jìn)口，進(jìn)口費(fèi)用極高。

而國內(nèi)在電機(jī)、電控領(lǐng)域的自主化程度仍遠(yuǎn)落后于動力電池領(lǐng)域的研發(fā)和生產(chǎn)。如IGBT芯片等仍不具備完全自主生產(chǎn)能力，具備系統(tǒng)完整知識產(chǎn)權(quán)的整車企業(yè)和零部件企業(yè)仍是少數(shù)。

上表列出了我國IGBT技術(shù)較為先進(jìn)的企業(yè)，其中符合新能源汽車配套條件的只有一兩家，而且其在技術(shù)成熟度和先進(jìn)性上，做得還仍然不夠。IGBT目前已經(jīng)發(fā)展到7.5代，第7代由三菱電機(jī)在2012年推出，三菱電機(jī)目前的水平可以看作7.5代，我國目前停留在第三代水平上，差距較大。

3、國內(nèi)企業(yè)自主開發(fā)的瓶頸

未來，國內(nèi)新能源汽車用IGBT市場規(guī)模將達(dá)到百億級。新能源汽車能否有效的降低成本、整車能源效率能否提升等等，均與IGBT模塊息息相關(guān)。由于我國電機(jī)控制器大部分元器件都采用進(jìn)口，采購成本相比國外高2～3倍，導(dǎo)致我國電機(jī)控制器的成本比國外高1.2～1.8倍。其中，采購成本占比最高的就是IGBT產(chǎn)品。

然而，對于我國的汽車電子生產(chǎn)企業(yè)來說，車用IGBT芯片的自主生產(chǎn)還有很大的困難。它將直接與汽車的安全性相關(guān)，因此對產(chǎn)品質(zhì)量、功能的要求也是非常嚴(yán)苛的。要在承受高溫，高壓，震動和有水等環(huán)境條件下仍能保證高精度和準(zhǔn)度，其技術(shù)門檻是非常高的。行業(yè)內(nèi)嚴(yán)格的汽車召回制度也逼迫廠商提高汽車芯片質(zhì)量的門檻。

只有通過國際相關(guān)質(zhì)量管理體系認(rèn)證的零部件企業(yè)才能進(jìn)入整車配套體系，具備供應(yīng)商基本資格。認(rèn)證程序龐雜，認(rèn)證周期漫長。一般從意向到批量供貨需要10余項(xiàng)認(rèn)證流程，認(rèn)證周期一般最短需18個(gè)月。此外，即使拿到資格，也只能等待新品產(chǎn)業(yè)鏈的機(jī)會。

消費(fèi)性產(chǎn)品的產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)，一般IC設(shè)計(jì)業(yè)者早已駕輕就熟，而近幾年，隨著汽車市場逐步走向車聯(lián)網(wǎng)、電動車領(lǐng)域，需要更多駕駛資訊輔助整合系統(tǒng)，也讓國內(nèi)芯片設(shè)計(jì)業(yè)者找到進(jìn)入市場的敲門磚。然而，消費(fèi)性電子產(chǎn)品而言，產(chǎn)品壽命設(shè)計(jì)約1～3年為替換周期，但車用電子則要看到10～15年的生命周期。如何尋找有經(jīng)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)室，協(xié)助客戶了解車規(guī)，制定相對應(yīng)的AEC-Q100/101/200驗(yàn)證步驟與手法，順利進(jìn)入車廠供應(yīng)鏈，也是極為重要和困難的事。


4、能否依靠進(jìn)口彎道超車

既然自主研發(fā)、生產(chǎn)還需要時(shí)間，電動汽車時(shí)代中國真的能在汽車電子，芯片技術(shù)上依靠進(jìn)口或者“仿制”彎道超車嗎？

如果說機(jī)械產(chǎn)品，通過反向測繪，能模仿80%，可到了電控產(chǎn)品，就真的很難“山寨”了。外形工藝上的學(xué)習(xí)如果還比較初級的話，對于核心技術(shù)的精準(zhǔn)把控確實(shí)不是一時(shí)半刻就可以掌握的了的。

或許有人說，那可以先依靠進(jìn)口，現(xiàn)在中國依靠進(jìn)口已經(jīng)是全球最大的新能源汽車市場了，各項(xiàng)成績也都不錯(cuò)。但是想到開篇的“先例”是不是又不禁一身冷汗。美國制裁一個(gè)中興就已經(jīng)風(fēng)聲鶴唳，如果對中國進(jìn)口IGBT實(shí)施制裁，會有什么后果？最近貿(mào)易戰(zhàn)也是如火如荼，裝配IGBT的汽車是居民日用消費(fèi)品，一旦對中國禁運(yùn)，中國的電動汽車企業(yè)怎么辦？彎道超車大概不是最要緊的問題了，如何正常生產(chǎn)，如何生存可能就變成了頭等大事。

全球的汽車廠商中豐田是全球唯一一個(gè)能自產(chǎn)IGBT的企業(yè)。隨著中國產(chǎn)業(yè)升級，不斷觸碰國外好的資源，占有市場的同時(shí)，在可預(yù)見的未來，沖突只會越來越頻繁、越來越劇烈，如果IGBT成為第二個(gè)被制裁的，中國的電動汽車企業(yè)們要如何應(yīng)對？

5、增強(qiáng)競爭力 實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化才是王道

國內(nèi)已有不少芯片廠商，但具備生產(chǎn)汽車級IGBT的公司并不多。而且前期的開發(fā)及驗(yàn)證期漫長，中國業(yè)者都習(xí)慣即時(shí)上市的運(yùn)作模式，缺乏耐心。

***主席也在最近召開的中央財(cái)經(jīng)委員會第二次會議上強(qiáng)調(diào)，關(guān)鍵核心技術(shù)是國之重器，對推動我國經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展、保障國家安全都具有十分重要的意義，必須切實(shí)提高我國關(guān)鍵核心技術(shù)創(chuàng)新能力，把科技發(fā)展主動權(quán)牢牢掌握在自己手里，為我國發(fā)展提供有力科技保障。

新能源汽車的安全性問題，一直是汽車產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)工作之一， 在展望新能源汽車快速發(fā)展的同時(shí)，我們須認(rèn)識到，穩(wěn)定、高效、安全、可靠的電池管理系統(tǒng)（BMS）產(chǎn)品，是保障電動汽車的正常運(yùn)行的關(guān)鍵，而電池管理芯片是核心，只有芯片的國產(chǎn)化，我國新能源汽車才能擁有可持續(xù)發(fā)展的未來。