电车界的“英特尔”?比亚迪半导体到底有多强?
石油时代已经过去,芯片将成为未来20年最重要的战略资源。
按照国家统计局的一份报告,2020年我国集成电路进口数量达到5435亿个,同比增长超过22%,进口总额为2.4万亿元,同比增长14.8%。
相比之下,2020年石油原油的进口总额也仅为1.22万亿,这也就说芯片的进口规模是石油的两倍。而芯片需求的增多,除了因为智能手机、智能家电类消费电子产品的普及之外,还因为汽车正处于快速电动化、智能化的进程当中。
因为疫情缘故,从去年年底开始全球汽车芯片的供需就出现了失衡,其中微控制单元最为紧缺,一辆车搭载了上百个微控制单元,缺一个芯片就会影响到整辆车的生产。进入2021年,所有车企依旧为芯片短缺问题而焦虑。
而在最近,比亚迪推出DIP25系列IPM模块,同时它也是行业领先的超小型封装IPM,为下游汽车、3C企业提供了一个新选择。
究竟IPM是什么?比亚迪这款DIP25 IPM又强在哪里呢?
「 IPM——变频控制器的“大脑” 」
IPM(Intelligent Power Module)即智能功率模块,里面包含高速/低功率的IGBT芯片、门级驱动电路以及保护电路等等。你可以把它理解成一种带检测、保护电路的控制开关,它可以通过数字信号实现精准的“开”“关”控制,并且这个开和关的速度可以达到每秒上万次。
要是仅从原理看,IPM和我们日常接触到的电灯开关没本质区别,只是它的“手速”比人类快得多、而且还能承受更高的电压、电流。
那要那么快的开关有啥用?
这就要从交流电、直流电说起。众所周知,交/直流电各有优势,交流电发电成本低,适合远距离传输,而且其电压的变换也更容易。而直流电则适合使用化学电池去储存。在半导体功率开关诞生之前,两者是无法自由、高效地互相转换。而自从有了这个“高速开关”之后,两者终于能轻松转换,而且还能随意改变电压、频率。
这些受控的电能应用到许多场合,像微波炉、变频空调、冰箱等等,目前变频家电需要1~2颗IPM模块,而随着节能减排以及智能化的升级,未来IPM模块的需求量将会更加高。对于电动车而言,IPM主要应用到电机驱动器当中,通过改变电的特性去实现电机的精准控制,从而在功率输出和效率之间取得平衡。
(使用IPM模块的变频空调)
目前比亚迪已经推出了多款IPM产品,像DIP25系列是最新推出的超小型封装智能功率模块,它不仅封装体积小、功耗低,抗干扰的能力也强,目前600V 15A以及20A已实现大规模量产,而30V也即将推出,纵观目前业内也没有同等封装尺寸下能承受如此大电流、高电压的产品。
DIP25集成了电源欠压保护、过流保护、过温保护和温度电压输出功能,内置的高压栅极驱动电路(HVIC)提供了无需光耦隔离的驱动功能,由于采用了分立的直流负端,所以可独立监测逆变器的每一相电流。
与市面上的同类产品相比,比亚迪DIP25 IPM模块工作时温升更小、集成化程度更高,高度的集成化有利于简化外部电路设计,减小电控板体积,提升能效。DIP25能应用到各类电机驱动器当中,包括变频家电,新能源车。
除了DIP25 IPM之外,比亚迪在变频伺服领域还推出了车规级PIM系列产品。PIM(Power Integrated Module)是将3相逆变电路、整流电路以及制动电动集成在一起的模块,同样广泛应用在变频器、伺服电机当中。
比亚迪半导体近年来对PIM进行了产品系列化升级,形成了电压650V-1200V、电流10A-200A的产品全覆盖,而且其封装形式与市场主流产品兼容,能满足绝大部分应用场景的需求。目前比亚迪的PIM已经批量应用到白色家电、工业变频、伺服驱动、商用空调等领域,并得到了行业头部客户的认可。
(比亚迪PIM系列产品参数)
「 IPM、PIM的核心就是IGBT 」
无论是IPM还是PIM,其核心都是模块里面的IGBT芯片,比亚迪是国内唯一一家拥有IGBT完整产业链的车企,目前已经发展到第六代(IGBT 5.0)。而IGBT就是那个“开关”本体(IPM是“开关”加上其他电路),它能直接决定电驱系统中直流、交流的转换效率,决定电动车扭矩和功率等核心指标。
在电驱系统中,这颗小小的芯片用量很大,例如特斯拉Model S的三相异步交流电机每一相驱动单元就用了28颗塑封的IGBT芯片,三相就要用到84个,因此它也是新能源汽车成本构成中除动力电池之外的大头,约占整车成本的7~10%,根据中信证券的一份报告显示,IGBT目前在插混车型上约占2500~3500元的成本,A级以上的纯电车IGBT成本约为2000~4000元,豪华车则在5000元以上。
除了车之外,充电桩的核心零部件也离不开IGBT芯片,毫不夸张地说,IGBT就像广东人饭桌上的鸡,无鸡自然就不成宴了。但长期以来,IGBT被垄断在少数外资IDM手上,例如英飞凌、三菱、富士电机三位加起来就占了全球市场的半壁江山,好在国内还有比亚迪以及斯达半导,不然就真被老外直接“卡脖子”了。
(全球10大IGBT厂家,中国斯达半导的市占率也仅为2.2%)
最新的一份数据显示,比亚迪为国内纯电乘用车市场供应了19.4万套IGBT,市占率(国内)达到18%。截至目前,比亚迪车用IGBT的装车量已经超过60万只,而随着比亚迪半导体业务独立上市,IGBT的产能将增多,来满足其他品牌的需求。
当然比亚迪还有另外一个“杀手锏”——SiC,目前比亚迪SiC MOSFET已经成功研发,预计在3年内就会采用SiC替代传统的硅基半导体,这样的整车综合能耗表现还能比现在提升约10%。
目前,比亚迪半导体已经能自主完成包括芯片设计、晶圆制造、封装测试等生产流程,并且已经实现了MCU、BMS、电源保护IC、驱动IC等零部件的量产。就像华为手握芯片一样,面对汽车行业的变革,技术驱动将重新构建整个行业的格局。而比亚迪这种能造车、能造电池,还能产芯片的企业一踏进新能源赛道就已经注定是王者。
「 技术为王,创新为本 」
90年代初,手机、BP机的出现开启了国人对数字产品的热捧狂潮,此时在改革开放最前沿的深圳已经出现了不少生产第三方品牌镍铬充电电池的工厂,王传福自然也不会放过这个“掘金”机会,靠研制电池起家,成立比亚迪。
三年后,比亚迪已经卖出了1.5亿块镍镉电池,2003年更是超越日本三洋成为世界最大电池生产商。已经成为“电池大王”的王传福看中了大爆发的汽车行业,同年收购了西安秦川汽车之后正式进入汽车制造与销售领域,开启民族自主品牌汽车的发展征程。在马斯克刚当上特斯拉董事长的那一年,比亚迪就已经把纯电动出租车EF3、电动概念车ET以及混合动力轿车Hybrid-S带到了广州车展。
后来更是一路开挂,推出DM混动、刀片电池、e平台这些叫好又卖座的产品。直到疫情来临,全球“缺芯”的背景下,比亚迪半导体业务才站到了台前。
从最初的造电池,到代工手机,到生产汽车,再到芯片制造,比亚迪的商业版图正不断向外扩张。但唯一不变的是,哪门技术会被老外“卡脖子”,比亚迪就会去攻克它,这种持之以恒的不服输精神已经深深烙在了比亚迪的DNA当中。
“技术为王,创新为本。”对比亚迪来说,这从来都不是一句空话。而是真正的付诸于行动。
来源:皆电网