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新能源汽车“弯道超车”应正视芯片短板

2018-07-24

  近期,中美贸易战打的如火如荼,不得不让人联想到中兴通讯事件。此次事件也将进一步推动国产通信设备行业走上替代化之路,事件的转机并不能改变自主可控和国产替代的中长期逻辑,未来国家战略或更加偏向芯片等核心技术的研发。

  反观汽车行业的零配件市场,尤其是芯片市场。目前,汽车行业新能源与智能化的发展趋势大热,被广泛看好,这也导致2017年半导体芯片价格飞涨。现在,平均每辆汽车装载8个汽车芯片,未来将会越来越多。而现在国内汽车行业所用的芯片几乎全靠进口。

  其中,以新能源汽车动力电池管理系统中的芯片为例。众所周知,新能源车区别于传统车最核心的技术就是“三电”:电池、电驱、电控。而新能源车的电控除了传统意义上的整车控制器还包括电机控制器和电池管理系统等。电机电控核心组件如IGBT 芯片的技术能力也从根本上决定了电控系统的整体技术水平。

  1、IGBT芯片在新能源汽车制造中的重要性

  IGBT是能源变换与传输的核心器件,其作用是交流电和直流电的转换,同时IGBT还承担电压的高低转换的功能:外界充电的时候是交流电,需要通过IGBT转变成直流电然后给电池,同时要把220V电压转换成适当的电压以上才能给电池组充电。电池放电的时候,通过IGBT把直流电转变成交流电机使用的交流电,同时起到对交流电机的变频控制,当然变压是必不可少的。IGBT是功率半导体器件,可以说是电动车的核心技术之一,IGBT的好坏直接影响电动车功率的释放速度。

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  目前,IGBT大约占电机控制器总成本的40%以上,而电机驱动系统占整车成本的15%~20%,也就是说IGBT占整车成本的7%~10%,是电动车里除电池外最昂贵的部件。

  2、我国新能源汽车IGBT市场现状及与国外厂商的技术差距

  目前,我国车用IGBT技术才刚刚起步,芯片和模块在国内尚未完全形成产业布局。为此,我国新能源汽车IGBT产品98%以上采用国外进口,进口费用极高。

  而国内在电机、电控领域的自主化程度仍远落后于动力电池领域的研发和生产。如IGBT芯片等仍不具备完全自主生产能力,具备系统完整知识产权的整车企业和零部件企业仍是少数。

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  上表列出了我国IGBT技术较为先进的企业,其中符合新能源汽车配套条件的只有一两家,而且其在技术成熟度和先进性上,做得还仍然不够。IGBT目前已经发展到7.5代,第7代由三菱电机在2012年推出,三菱电机目前的水平可以看作7.5代,我国目前停留在第三代水平上,差距较大。

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  3、国内企业自主开发的瓶颈

  未来,国内新能源汽车用IGBT市场规模将达到百亿级。新能源汽车能否有效的降低成本、整车能源效率能否提升等等,均与IGBT模块息息相关。由于我国电机控制器大部分元器件都采用进口,采购成本相比国外高2~3倍,导致我国电机控制器的成本比国外高1.2~1.8倍。其中,采购成本占比最高的就是IGBT产品。

  然而,对于我国的汽车电子生产企业来说,车用IGBT芯片的自主生产还有很大的困难。它将直接与汽车的安全性相关,因此对产品质量、功能的要求也是非常严苛的。要在承受高温,高压,震动和有水等环境条件下仍能保证高精度和准度,其技术门槛是非常高的。行业内严格的汽车召回制度也逼迫厂商提高汽车芯片质量的门槛。

  只有通过国际相关质量管理体系认证的零部件企业才能进入整车配套体系,具备供应商基本资格。认证程序庞杂,认证周期漫长。一般从意向到批量供货需要10余项认证流程,认证周期一般最短需18个月。此外,即使拿到资格,也只能等待新品产业链的机会。

  消费性产品的产品功能设计,一般IC设计业者早已驾轻就熟,而近几年,随着汽车市场逐步走向车联网、电动车领域,需要更多驾驶资讯辅助整合系统,也让国内芯片设计业者找到进入市场的敲门砖。然而,消费性电子产品而言,产品寿命设计约1~3年为替换周期,但车用电子则要看到10~15年的生命周期。如何寻找有经验的实验室,协助客户了解车规,制定相对应的AEC-Q100/101/200验证步骤与手法,顺利进入车厂供应链,也是极为重要和困难的事。

  4、能否依靠进口弯道超车

  既然自主研发、生产还需要时间,电动汽车时代中国真的能在汽车电子,芯片技术上依靠进口或者“仿制”弯道超车吗?

  如果说机械产品,通过反向测绘,能模仿80%,可到了电控产品,就真的很难“山寨”了。外形工艺上的学习如果还比较初级的话,对于核心技术的精准把控确实不是一时半刻就可以掌握的了的。

  或许有人说,那可以先依靠进口,现在中国依靠进口已经是全球最大的新能源汽车市场了,各项成绩也都不错。但是想到开篇的“先例”是不是又不禁一身冷汗。美国制裁一个中兴就已经风声鹤唳,如果对中国进口IGBT实施制裁,会有什么后果?最近贸易战也是如火如荼,装配IGBT的汽车是居民日用消费品,一旦对中国禁运,中国的电动汽车企业怎么办?弯道超车大概不是最要紧的问题了,如何正常生产,如何生存可能就变成了头等大事。

  全球的汽车厂商中丰田是全球唯一一个能自产IGBT的企业。随着中国产业升级,不断触碰国外好的资源,占有市场的同时,在可预见的未来,冲突只会越来越频繁、越来越剧烈,如果IGBT成为第二个被制裁的,中国的电动汽车企业们要如何应对?

  5、增强竞争力 实现国产化才是王道

  国内已有不少芯片厂商,但具备生产汽车级IGBT的公司并不多。而且前期的开发及验证期漫长,中国业者都习惯即时上市的运作模式,缺乏耐心。

  习近平主席也在最近召开的中央财经委员会第二次会议上强调,关键核心技术是国之重器,对推动我国经济高质量发展、保障国家安全都具有十分重要的意义,必须切实提高我国关键核心技术创新能力,把科技发展主动权牢牢掌握在自己手里,为我国发展提供有力科技保障。

  新能源汽车的安全性问题,一直是汽车产业的重点工作之一, 在展望新能源汽车快速发展的同时,我们须认识到,稳定、高效、安全、可靠的电池管理系统(BMS)产品,是保障电动汽车的正常运行的关键,而电池管理芯片是核心,只有芯片的国产化,我国新能源汽车才能拥有可持续发展的未来。