新能源汽車“彎道超車”應(yīng)正視芯片短板

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(dòng)國(guó)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(guó)產(chǎn)替代的中長(zhǎng)期邏輯,未來(lái)國(guó)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(chǎng),尤其是芯片市場(chǎng)。目前,汽車行業(yè)新能源與智能化的發(fā)展趨勢(shì)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?，F(xiàn)在,平均每輛汽車裝載8個(gè)汽車芯片,未來(lái)將會(huì)越來(lái)越多。而現(xiàn)在國(guó)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(dòng)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?其作用是交流電和直流電的轉(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(guò)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(guò)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(duì)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(shuō)是電動(dòng)車的核心技術(shù)之一,IGBT的好壞直接影響電動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)占整車成本的15%～20%,也就是說(shuō)IGBT占整車成本的7%～10%,是電動(dòng)車?yán)锍姵赝庾畎嘿F的部件。

2、我國(guó)新能源汽車IGBT市場(chǎng)現(xiàn)狀及與國(guó)外廠商的技術(shù)差距

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

而國(guó)內(nèi)在電機(jī)、電控領(lǐng)域的自主化程度仍遠(yuǎn)落后于動(dòng)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(shí)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(guó)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(guó)目前停留在第三代水平上,差距較大。

3、國(guó)內(nèi)企業(yè)自主開發(fā)的瓶頸

未來(lái),國(guó)內(nèi)新能源汽車用IGBT市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到百億級(jí)。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(guó)電機(jī)控制器大部分元器件都采用進(jìn)口,采購(gòu)成本相比國(guó)外高2～3倍,導(dǎo)致我國(guó)電機(jī)控制器的成本比國(guó)外高1.2～1.8倍。其中,采購(gòu)成本占比最高的就是IGBT產(chǎn)品。

然而,對(duì)于我國(guó)的汽車電子生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō),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(duì)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(dòng)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(guò)國(guó)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(zhǎng)。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(huì)。

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(chǎng)逐步走向車聯(lián)網(wǎng)、電動(dòng)車領(lǐng)域,需要更多駕駛資訊輔助整合系統(tǒng),也讓國(guó)內(nèi)芯片設(shè)計(jì)業(yè)者找到進(jìn)入市場(chǎng)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(duì)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(dòng)汽車時(shí)代中國(guó)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(shuō)機(jī)械產(chǎn)品,通過(guò)反向測(cè)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(jí)的話,對(duì)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(shuō),那可以先依靠進(jìn)口,現(xiàn)在中國(guó)依靠進(jìn)口已經(jīng)是全球最大的新能源汽車市場(chǎng)了,各項(xiàng)成績(jī)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(guó)制裁一個(gè)中興就已經(jīng)風(fēng)聲鶴唳,如果對(duì)中國(guó)進(jìn)口IGBT實(shí)施制裁,會(huì)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(duì)中國(guó)禁運(yùn),中國(guó)的電動(dòng)汽車企業(yè)怎么辦?彎道超車大概不是最要緊的問(wèn)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(guó)產(chǎn)業(yè)升級(jí),不斷觸碰國(guó)外好的資源,占有市場(chǎng)的同時(shí),在可預(yù)見的未來(lái),沖突只會(huì)越來(lái)越頻繁、越來(lái)越劇烈,如果IGBT成為第二個(gè)被制裁的,中國(guó)的電動(dòng)汽車企業(yè)們要如何應(yīng)對(duì)?

5、增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力 實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化才是王道

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

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

新能源汽車的安全性問(wèn)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(shí)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(dòng)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(guó)產(chǎn)化,我國(guó)新能源汽車才能擁有可持續(xù)發(fā)展的未來(lái)。