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周海鷹:新能源汽車之“心”:功率半導(dǎo)體器件及其整車應(yīng)用

發(fā)布日期:2021-06-22 15:09  來源:論壇組委會  作者:邵華   瀏覽次數(shù):3620

編輯 邵華
2021年6月17日-19日,由中國汽車工業(yè)協(xié)會主辦的第11屆中國汽車論壇在上海嘉定舉辦。站在新五年起點(diǎn)上,本屆論壇以“新起點(diǎn) 新戰(zhàn)略 新格局——推動汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展”為主題,設(shè)置“1場閉門峰會+1個大會論壇+2個中外論壇+12個主題論壇”,全面集聚政府主管領(lǐng)導(dǎo)、全球汽車企業(yè)領(lǐng)袖、汽車行業(yè)精英,共商汽車強(qiáng)國大計(jì),落實(shí)國家提出的“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)要求,助力構(gòu)建“雙循環(huán)”新發(fā)展格局。其中,在6月19日下午舉辦的主題論壇“汽車‘芯荒’與中國對策”上,智新科技股份有限公司CTO周海鷹進(jìn)行了主題發(fā)言。以下內(nèi)容為現(xiàn)場演講實(shí)錄:
圖片 1
周海鷹:非常高興有機(jī)會參加這么一個重要的論壇,我看了一下好像做演講的嘉賓里面就一家車企,我也很榮幸作為車企的代表來介紹一下在這次“芯片荒”中車企的現(xiàn)狀以及我們的思索和已經(jīng)開展的對策。

我的題目叫新能源汽車之“心”,剛才講得很大一部分是計(jì)算芯片或者邏輯芯片,那是負(fù)責(zé)計(jì)算,我們叫做汽車的大腦,負(fù)責(zé)智能化。IGBT、碳化硅強(qiáng)調(diào)的是功率半導(dǎo)體器件,更多要輸出強(qiáng)勁的動力,所以我們把報(bào)告題目定義為新能源汽車之心。在這里,我會介紹一下東風(fēng)智新在汽車芯片,尤其在功率器件里面我們的一些動作。

這張是我們在網(wǎng)上找到的一張圖,介紹了一下傳統(tǒng)的燃油車和現(xiàn)在的智能電動車的核心零部件比對。我們覺得,未來智能化最好的載體在新能源汽車,尤其是在純電電動車上。大家會看到,在電動車?yán)锩嫘枰罅康钠囯娮雍碗姎獾钠骷β势骷瓦壿嬓酒骷谶@里面會大量存在。

前面各位嘉賓詳細(xì)分析了計(jì)算與控制類芯片,我這里分析一下,尤其以車規(guī)級半導(dǎo)體的市場情況。

2020年,純粹從汽車半導(dǎo)體市場來說,燃油車中芯片價(jià)值是457美元,電動汽車則達(dá)到834美元。這里純粹只是指芯片,如果延伸到板級的汽車電子產(chǎn)品,價(jià)值就會更加豐富。

剛才大家談到對芯片的分類有各種類型的芯片,包括功率性芯片、控制類芯片、傳感器芯片、存儲類芯片、高性能AI級芯片等。汽車未來將不僅僅是傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)+底盤+變速箱,更多將是芯片+操作系統(tǒng)作為核心零部件來定義汽車的特點(diǎn)。

分析一下芯片自主化。剛才大家有自主化不同的數(shù)據(jù),比如占5%、15%。我們查閱了解到,真正能夠做到完全自主化的汽車芯片僅占3%左右。在全球八大汽車電子產(chǎn)商里面基本上都是國外的企業(yè),和現(xiàn)狀符合。國內(nèi)做汽車芯片的企業(yè)非常欠缺,這就是為什么現(xiàn)在強(qiáng)調(diào)要進(jìn)入到汽車芯片領(lǐng)域,要進(jìn)行汽車芯片的國產(chǎn)化替代。

分解一下汽車成本。我是做新能源汽車的,在新能源汽車?yán)锩妫穗姵匾酝猓畲髢r(jià)值單元就是電控。電機(jī)控制器里面,如果算上IGBT和MCU,就占到價(jià)值50%,如果再算上汽車的一些電阻、電容單元,會達(dá)到70%左右。半導(dǎo)體及元器件已經(jīng)占到電控的核心價(jià)值。

我們公司在汽車產(chǎn)業(yè)鏈里面核心是Tier 1角色。但我們也是一個電機(jī)、電控的生產(chǎn)廠,也是核心電驅(qū)動總成的供應(yīng)商。

從這個角度來說,可以看到汽車功率半導(dǎo)體在汽車整體成本里面價(jià)值是非常高的。尤其是按照未來電動車汽車發(fā)展趨勢,我們正在做800V高壓平臺電驅(qū)動平臺,為了支持快充業(yè)務(wù),以及支持更大功率密度、高可靠,需要功率器件具有更強(qiáng)的性能,因此基于碳化硅和砷化鎵的新一代的汽車功率器件,我們也處于一種預(yù)研狀態(tài)。

這是我們對全球功率半導(dǎo)體器件做的市場預(yù)測,會看到按照國家新能源汽車整體的布局。按照在今年上海車展上,董事長發(fā)布的東風(fēng)公司“十四五”新的戰(zhàn)略規(guī)劃,2025年將有100萬新能源汽車,占據(jù)國內(nèi)大概15-20%的市場份額。我們認(rèn)為,新能源汽車未來發(fā)展有很大的空間,作為新能源汽車核心的心臟,IGBT等功率器件有非常大的市場空間。

對于生產(chǎn)環(huán)節(jié),功率器件跟邏輯芯片也是一樣,有做晶圓的、有做foundry的、有做封裝的,有做制造的。我們公司當(dāng)時也碰到“芯荒”,是指IGBT功率器件的芯荒,我們的車造出來了,但是自己沒有IGBT功率器件,這是2016、2017年發(fā)生的事情,也正是此事促使我們集團(tuán)下定決心自己做IGBT的封測和國產(chǎn)化替代。

我們正是基于考慮到完全國產(chǎn)化、自主可控的資源掌控能力,合資成立了一個智新半導(dǎo)體公司,專注于做IGBT模組。在今年,IGBT模組已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),現(xiàn)在已經(jīng)在集團(tuán)自主板塊的車型里面進(jìn)行大量的量產(chǎn)供貨。

IGBT封裝技術(shù)簡單介紹一下,它有兩種核心的封裝模式。一個是6in1的IGBT模組方式,還有一種單管的方式。我們采用的是6in1的封裝模式。

再談一下下一代IGBT碳化硅器件。現(xiàn)在就高壓快充來說的話,我們判斷從2023年起,快一點(diǎn)從2022年底的話,新能源汽車,尤其是純電汽車平臺可能就是高壓平臺,750-850V這樣的高壓平臺。這因此需要碳化硅功率器件。我們看到,碳化硅器件的成本相對IGBT來說還是比較高的,我們現(xiàn)在正在做預(yù)研課題,和主機(jī)廠一起合作做800V高壓電驅(qū)動平臺,可能今年10月份東風(fēng)科技周展示出來。

這個平臺設(shè)計(jì)目標(biāo),就是不增加整車的成本,怎么做到呢?高壓器件成本會增加,但是它會帶來效率更高,也就意味著我可以減少電池包的電量。從這個角度來說,減少電量反而降低成本。通過這種方面,我們采用碳化硅的器件,爭取在10分鐘能夠達(dá)到350公里的快充能力。因此減少電池包的使用,減少電量使用就帶來成本的降低,因?yàn)槟孀兤鞑捎锰蓟璧脑挘w積更小,會降低材料成本以及對應(yīng)的電子元器件的成本。整體來說,整車成本可以維持不變,甚至略有降低。如果能做到這樣的程度,我相信碳化硅器件的使用會大量推廣開來,從而導(dǎo)致新能源汽車的成本降低,能夠和燃油汽車更好的競爭。

這是國內(nèi)國外調(diào)研的能夠做碳化硅各個環(huán)節(jié),從襯底、外延到模塊、器件,我們找到的一些供應(yīng)商資源。智新是通過和中車時代半導(dǎo)體合資,成立了一家由智新控股的智新半導(dǎo)體公司來完成這樣的封測能力。

剛才算是科普了一下車規(guī)級功率半導(dǎo)體及其應(yīng)用。下面談?wù)勥@次“芯片荒”東風(fēng)怎么布局的,包括新能源智能網(wǎng)聯(lián)汽車核心零部件,未來電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化,東風(fēng)的布局和智新實(shí)際的對策。

首先,現(xiàn)在一個很重要的趨勢就是核心的主機(jī)廠都在積極布局新能源三電,電機(jī)、電池、電控。包括上汽、廣汽、比亞迪、長城、蔚來、特斯拉、東風(fēng)。我所在的公司是智新科技,是東風(fēng)集團(tuán)針對三電需求,也是針對智能網(wǎng)聯(lián)未來的發(fā)展,圍繞著電驅(qū)動、電控、功率器件和電池布局的核心零部件技術(shù)和資源掌控能力的建設(shè)。現(xiàn)在,集團(tuán)給我們的定義是新能源智能網(wǎng)聯(lián)核心零部件的研發(fā)和生產(chǎn)的主陣地。當(dāng)然我們還有比較大的生產(chǎn)基地。

我們公司的定位實(shí)際上也是圍繞著國家對新能源汽車“三橫三縱”的技術(shù)路線圖發(fā)展的。首先是,驅(qū)動電機(jī)和電力電子,這里面我們現(xiàn)在有完整的從70千瓦到240千瓦的各種純電驅(qū)動總成平臺、混合動力平成,有非常先進(jìn)的八層扁線電機(jī)定子產(chǎn)線,有多合一的電機(jī)控制器,有功率器件。

在動力電池這塊,通過跟寧德時代的合作,我們有合作的電芯公司和PACK公司。另外在網(wǎng)聯(lián)化和智能化這塊,現(xiàn)在正在積極布局以汽車安全,包括功能安全、信息安全融合的安全網(wǎng)關(guān)域控制器開發(fā),安全整車的測評分析能力,從這個角度進(jìn)行切入定位。

我們的核心產(chǎn)品有各種類型,門類很多,基本上圍繞新能源和智能網(wǎng)聯(lián)的核心零部件。

這是公司的架構(gòu)組成,智新有三個子公司,有專門做電池PACK的,這個里面BMS就是我們完全自主知識產(chǎn)權(quán)的。我們有執(zhí)行控制,就是動力域控制器,包括VCU、MCU、TCU,包括做二合一、多合一的動力域控。智新半導(dǎo)體目前的布局在功率器件。在未來,尤其在邏輯芯片今年出現(xiàn)非常嚴(yán)重的“芯片荒”的情況下,集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)給我們布置了一個課題,就是如何保證汽車芯片供應(yīng)的安全,讓我們給出答案。上周,集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)在我們公司調(diào)研的時候,明確要求,我們公司承擔(dān)這樣的光榮使命,怎么樣保障芯片安全,其實(shí)核心就是如何實(shí)現(xiàn)汽車芯片的國產(chǎn)化替代。

未來這塊,剛才何總也介紹了,作為OEM企業(yè),主機(jī)廠也會考慮在汽車芯片這邊做一些布局,包括投資合資的方式,參與到一些汽車芯片的定制里面。這里我們也有一些規(guī)劃。

我們的主打產(chǎn)品是純電/混動的電驅(qū)動總成、電池包,也是燃料電池的落地單位,燃料電池電驅(qū)動系統(tǒng)也是由智新承擔(dān)。這是整個公司的主要業(yè)務(wù)和架構(gòu)組成。

在智能網(wǎng)聯(lián)這塊,這是用到芯片最多的地方。我們自己的定位是專注于安全網(wǎng)關(guān)域控基礎(chǔ)軟硬件產(chǎn)品與服務(wù)。我們對自動駕駛偏重于算法和數(shù)據(jù)的應(yīng)用比較少。我們有比較強(qiáng)大的制造能力,也有很多電控產(chǎn)品的開發(fā)能力,就是核心的動力域控開發(fā)能力。基于此,往域控化發(fā)展,從功能安全和信息安全融合的角度,去定制專用的面向下一代電子電器架構(gòu)的汽車核心零部件產(chǎn)品和服務(wù)。

現(xiàn)在選型芯片基本上都是國外的,國內(nèi)在這塊相對比較少,還有一些控制類的芯片,網(wǎng)關(guān)類的芯片也是我們非常大的訴求。在這塊,我們也愿意和國內(nèi)在這邊做這些芯片的企業(yè)能夠進(jìn)行密切的合作。

最后又回到功率器件來說,我剛才提到功率器件現(xiàn)在能夠提供芯片來源的企業(yè),可能現(xiàn)在國內(nèi)有斯達(dá)半導(dǎo)體、比亞迪,包括中車,國內(nèi)已經(jīng)起步了,已經(jīng)開始有替代的了,至少是有了。

我們的布局是一期就是到850A到900A這樣能力的功率器件模組,現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)行量產(chǎn),在自主品牌的乘用車?yán)锩骈_始進(jìn)行替換,在成本上相對于進(jìn)口,像英飛凌這樣的,我們的芯片價(jià)格還是具有比較大的優(yōu)勢,在電控系統(tǒng)上已經(jīng)使用起來了。

隨著集團(tuán)2025年百萬臺新能源汽車“十四五”規(guī)劃目標(biāo),公司很快會啟動二期功率器件項(xiàng)目的規(guī)劃。這是現(xiàn)在已經(jīng)具備的產(chǎn)線和掌握的封裝能力,在芯片里面我們是做IGBT封測,投了一條將近3個億的產(chǎn)線,包括無塵車間,這樣的投資已經(jīng)開始量產(chǎn)。

我的匯報(bào)到這里,我這里想說一下,東風(fēng)作為央企,這次在“芯片荒”里面受到?jīng)_擊非常大,對整車企業(yè)的生產(chǎn),還導(dǎo)致了短時間的停產(chǎn)的情況出現(xiàn)。作為央企來說,也是我們的責(zé)任,就是推動汽車芯片的國產(chǎn)化替代。

兩周以前,湖北省里面也組織了關(guān)于湖北汽車芯片產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃和布局,其中也重點(diǎn)提到了作為龍頭央企,要起到責(zé)任。芯片的投入也是一個非常大的產(chǎn)業(yè)鏈,我們希望多家車企和多個芯片企業(yè)能夠合作,大家共同推動芯片在車上的應(yīng)用。

我覺得在民用車上做完全汽車國產(chǎn)化替代可能大家還會有顧慮,包括對芯片的性價(jià)比、一致性、可靠性這些問題。但在軍車上面,像越野車上面,這塊將是非常好的切入點(diǎn),把我們優(yōu)秀的國產(chǎn)芯片能夠在車型上先運(yùn)用起來,如果有好的運(yùn)用和示范,我相信以后往普通民用車上推廣的話,更加容易和方便了。

我的匯報(bào)到這里,謝謝大家! 

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