• 收藏

  • 点赞

  • 评论

  • 微信扫一扫分享

补齐SiC功率芯片的国产电动车产业链 才能到达未来的星辰大海

来源:老周公号

#新能源汽车#

2021-11-01

一 风起

最近网上晒出钱学森钱老90年代初给国务院写的建议发展新能源汽车的信,信里建议中国直接发展新能源汽车。理由是内燃机汽车产业链国内落后国外60年到70年,没有赶上的可能,新能源汽车更清洁环保是未来的大趋势。当时欧美也刚开始研发的新能源汽车入手,有机会发展壮大中国的新能源汽车产业。    

2000年底在奥迪做了十多年研发管理的万钢决定回国,从零开始规划推动中国新能源汽车产业的发展, 2007年万钢成为中国的科技部部长,从国家层面主持和发起中国新能源汽车产业大规划,万钢现被称为中国电动车之父。

中国新能源汽车的发展路线并不是目前表面看起来的模仿特斯拉。钱老和万钢们的初心是抓住新能源汽车的大趋势,谋求汽车产业差异化,走出符合中国国情的汽车产业之路,做大做强中国汽车工业,挺起中国的工业脊梁。先行者们的拳拳赤子心和充满了理想主义色彩的大手笔规划成就今天中国新能源汽车产业,也激励更多的后来者继续沿着这条路前进。

二 求索

多年来自主品牌燃油车被不公平地指责是外资零部件巨头的搬运工。强大的外资燃油车零部件巨头打包技术方案,决定国产车型的技术方向,拿走整车大部分利润,国产燃油车因为没得选择,只能逆来顺受。没有供应链的强大自主,就没有整车的强大自主。国产智能电动车想要大发展,必须同时扶持出一批世界一流的国产汽车零部件供应商出来。

幸运的是智能手机的大发展,培养了一批国产锂电池的先驱,从手机锂电池供应商中走出来的CATL(宁德时代),比亚迪成为了全球汽车动力电池巨头。国产终于有属于自己的全球汽车零部件巨头,外资汽车豪门也开始在电动车上采购中国的汽车动力电池。在三元电池和磷酸铁锂路线之争中,国内产业链异常清醒,不迷惑于三元电池的一时之利,低调务实的选择磷酸铁锂路线,是为了避免被国内产量极少的钴矿卡脖子,国产锂动力电池的独立自主来之不易,需要加倍珍惜。就在最近特斯拉宣布它的全球车型也要大规模上磷酸铁锂电池,特斯拉忠实的用订单投了锂电池路线之争的票。CATL(宁德时代)的C不只是Contemporary首字母同时也是China的缩写,大概是曾老板们为了弥补当年不得不卖掉ATL(新能源(香港)科技有限公司/智能手机聚合物锂电池的市场霸主被卖给TDK)的遗憾,希望用毕生心血做出一个中国的ATL。

国内有绝对优势的稀土产业链,助推了永磁同步技术成为国产电动车电机的绝对主流。在性能+体积+供应绝对优势面前,特斯拉再次忠实的用脚投票,Model3后驱转投永磁同步电机的怀抱。这也可以理解为,国产的永磁材料供应商们有了卡国外巨头脖子的机会,美国敏锐地意识到这是美国电动车发展的薄弱点,所以近年来美国大肆宣扬它的少稀土材料甚至无稀土材料的电动车主驱电机技术路线。

凭借电池和电机优势的拿下全球电动车半壁江山的中国新能源汽车产业,在2020年前后遇到了20年来最大的缺芯危机。大量关键汽车芯片交期长达99周,作为汽车半导体从业人员,我太理解这是半导体供应链实在回不出交期,又被迫不得不给客户回复交期时候的做法。估计一个长达两年的交期给客户,避免每天和客户吵架。同时各种渠道的汽车芯片流入贸易商市场,价格从几倍到上百倍暴涨,汽车芯片成为电动车产业的肥猪丸,一颗不缺货时价格几块钱人民币的汽车芯片,在这轮缺货中价格暴涨恨不得吃下一台整车的利润。清醒剂量足够大,才会带来整个行业的清醒。国产电动车供应链开始意识到,支持国产芯片就是支持自己。如果电动车同行们前两年看到华为中兴被美国拿半导体作为抓手打压,只是心惊胆战的话,这轮大缺货让电动车同行们感受到了华为中兴一样伤痕累累的切肤之痛,人间的悲喜在国产电动车行业和国产通信行业相通。历经千辛万苦才做到全球领先的国产通信行业会被无情打压,国产电动车产业一旦领先也会被无情打压,不会有例外;用来打压的抓手肯定还是半导体,不会有其他。

国产电动车产业清醒认识到除了电池电机,还需要自主可控的高算力芯片,自主可控的功率芯片,集齐电池+电机+高算力芯片+功率芯片,国产电动车产业才能真正挺起中国的工业脊梁,这成为国产电动车的行业共识。国产高算力芯片我们有地平线、寒武纪,可以和国际巨头Mobileye(以色列全球自动驾驶芯片和方案巨头,2017年被英特尔收购)、英伟达一较高下。汽车功率芯片我们看到在IGBT上国产中车、斯达对国际巨头的挑战,这是个漫长而又艰难的过程,国外IGBT比国内早发展30年到40年,形成的绝对的技术和产业优势,在没有技术和产业快速迭代升级机会的Si功率器件领域,国产短期追上欧系日系IGBT巨头的机会渺茫。

幸运的是近几年以氮化镓和碳化硅为代表的宽禁带半导体的快速成长,技术还在快速迭代中。类似于20世纪初的新能源汽车机遇,国外的宽禁带半导体也是刚开始,领先国内三到五年,技术远未成熟,还在快速迭代的进程中, 这是国内产业下大决心,努力就会赶上,而且最终,大概率会实现超越的新机遇。技术和产业的升级机遇期往往千载难逢,国产肯定不会放过这个机会。对电动车产业链来讲,特斯拉用SiC珠玉在前,400V电池系统的技术和市场红利被特斯拉赢者通吃。国产电动车品牌再去深度耕耘400V平台,最好的结果也只是特斯拉第二,将会长期在品牌定位、快充和整车技术上被特斯拉压制。国产电动车品牌要做出绝对优势,只能主动寻求差异化,另辟蹊径,大刀阔斧快速占领800V电池系统的品牌记忆、超级快充、整车技术和市场定位高地,才能在超级快充和整车效率上战胜特斯拉,建立属于自己的品牌记忆和市场形象。这是整车的机遇,也是功率芯片的机遇。

800V电池系统需要的1200V耐压功率芯片,1200V器件选用SiC为衬底做MOSFET和Si衬底的IGBT对比能提高6%-8%的整车效率,SiC时代迎来目前最正确的打开方式。电池走800V系统,主驱走SiC路线,能把国产电池电机和国产SiC功率芯片串起来,同时快速拉通国内SiC技术和供应资源,能走出最有绝对优势的中国新能源汽车产业之路。令人欣喜的是国内以芯聚能半导体,BYD等为代表的汽车SiC功率芯片新势力正在迅速崛起,以大手笔的产业规划和宏大的叙事角度,用all in SiC功率芯片的决心和行动,决战电动车800V平台。

三 勃发

“排队四小时,充电一小时”,求解电动汽车“高速囧途”如何变通途。这是今年国庆黄金周的新闻标题,准确的说出了目前电动车使用的最大症结。续航焦虑的背后是充电慢充电不方便,拉低电动车的用车体验。往车身上疯狂装电池,超过700公里续航能力的新车层出不穷,甚至有超过1000公里的,还是在车身上这个维度,想办法解决续航焦虑是死路一条。1度锂电池的重量是3-4公斤,超过一定电量之后的加电池策略,续航边际收益极低,算上行车安全问题甚至出现负的边际收益,想想路上跑的每台电动车重量都有往坦克重量方向发展的话,如何确保行车安全。

换一个维度,用超级快充解决电动车用车不方便的症结。有手机超级快充的经验在先,电动车超级快充是必走之路。卡住了充电功率的是充电线缆,即使用上液冷,方便搬运的充电线缆能过的最大电流是500A-600A,400V系统最大充电功率可以算出是200KW-240KW,特斯拉400V系统超级快充的功率就是240KW,特斯拉占领400V系统超级快充制高点,打击400V系统后来者的超级快充的品牌差异化。800V系统的最大充电功率能提高到400KW-480KW,简单的算术问题,100KWH的电池用400KW-480KW充电桩充电时间是12-15分钟,应急充50度-60度电池只需要6-8分钟,真正可以套用手机超级快充的广告词,充电5分钟可开200公里。800V系统用超级快充,能解决电动车续航焦虑这个用车最大不便。从目前的市场车型规划的情况来看,国产800V系统的将在2022年下半年开始陆续投入市场。

同时800V系统重塑车身的动力系统,在400V系统用各种办法苦求提高一两个点效率而不可得的情况,在800V系统有机会提高车身3%左右的效率,电机提高1%-2%效率,电控提高2%-4%效率,合起来实现6%-8%整车系统效率提升。800V系统实现对400V系统从用车体验到车身效率的全面打击,800V系统的时代正式到来。按照之前特斯拉也会跟随走磷酸铁锂和永磁同步电机的经验,我们完全有理由静待特斯拉800V系统的车型花开。

汽车的应用工况中,90%的工况驱动电机在30%额定功率以内工作,相当于电机控制器和功率器件90%的工况是在低负载区工作,MOS器件特性在低温小电流情况下的导通电阻,远低于高温大电流情况,这个特性决定了MOS器件在低负载区的损耗远低于IGBT器件。加上高频,高dv/dt特性,能通过提高器件开关频率和适当提高dv/dt来控制器件的开关损耗,同时,降低电机的谐波损耗,实现电机电控的总体效率提升,还能提高电驱系统的响应速度和控制精度,减少电机抖动,提升电动车乘坐的舒适感。这是SiC在800V系统崛起的底层逻辑,也是为什么800V系统必须是SiC MOS而不是Si IGBT的原因。往大了说,这是国产功率器件借着SiC在电动车主驱的应用契机,全面赶超国外功率器件的机会。还走IGBT的路线,在可以预见的未来IGBT市场还是欧系日系吃肉其他品牌喝汤的局面。只有切换跑道,快速加入SiC功率器件的技术迭代进程,抢在SiC功率器件技术成熟之前,在国外没有形成绝对技术和产业优势护城河的SiC方向发力,结合国内的大市场大供应链集中力量干大事的优势,走出国产SiC功率器件的领先之路。

按照国务院印发《2030年前碳达峰行动方案》2030年新增新能源、清洁能源动力的交通工具比例达到40%左右,即1000万辆左右。畅想2030年,充电10分钟能开500公里的国产智能电动车肯定和现在的大众丰田奔驰宝马奥迪一样驰骋在全世界各个国家的道路上。国产的智能电动汽车产业链在电池、电机、电控、智能座舱、ADAS、自动驾驶已经占领全球电动汽车产业高地。宁德时代、汇川、览沃们和现在的博世、大陆、德尔福们一样在世界汽车行业如雷贯耳鼎鼎大名。当年all in汽车SiC功率芯片的芯聚能三安们值得也喝一杯2030年国产电动车产业链崛起的庆功酒,正是当年国产SiC功率芯片的奋起直追,补齐了国产电动车产业链腾飞的最后一张拼图。这杯酒,敬电动车行业先驱们,敬曾经的畅销车型EC180,EX360,EU5,知豆D2,宏光miniEV,白猫,黑猫,好猫,P7,P5,汉,唐,秦,es8,es6,理想one,极氪001;也敬特斯拉Model sexy(特斯拉车型命名来源),这个国产电动汽车产业值得尊重的超级对手。

特斯拉在推动SiC MOS进入电动车主驱市场上做出巨大贡献,特斯拉的产业链为国内培养了大批的SiC从芯片到封测到应用的高端人才,这些人都在2020年前后汇入了国产汽车SiC功率器件崛起的潮流。特斯拉的成功经验和示范效应激励国产SiC产业用芯.聚能;用心.必能。

后记

中国的优势是同时拥有最大的统一市场和最大最全的供应链,2000年之后国内集齐这两个大基础,一旦遇到新技术和产业升级的机遇,新技术新产业方向的验证和修正效率无人能及,会在国内市场博弈出全球领先的新技术和新产业公司。高铁,光伏,智能手机,锂电池,5G,AI等等行业都已经兑现了这个公式。我们坚信,国产电动车产业链一定也会兑现。

补充

1.  为什么国家要发展新能源车?

a)  随着绿色电能及安全环保的核能份额逐渐扩大,新能源车的环保贡献会越来越大(前提是把废旧电池的处理管好用好);

b)  随着新能源车份额的逐渐扩大,中国对石油进口的依赖会越来越小;

c)  如果大部分的新能源车都在晚上充电,会对我国的电能添谷削峰起到关键作用;

2.  我们个人为什么要买,要用纯电动汽车,

a)  驾驶感受比油车好很多,加速快,安静,更容易实现各个级别的自动驾驶;

b)  行驶成本非常低,特别是如果自己能装家用充电桩,用0.3-0.4 元/度的谷电充电,每公里的成本约3分到5分钱,远远低于燃油车的行驶成本,即就是商业充电,1.5元/度,纯电车的行驶成本远远低于燃油车,笔者有辆纯电车,每天跑同样的距离,现在每周的充电电费(都在家里用谷电充)约25-30元,过去每周一箱油;

c)  保养成本非常低,大概每1-2年保养一次,1千元左右;

3.  新能源汽车的使用和增长和电话,手机的类似,拥有电动车的人越多,投资充电换电的人就越多,充电就会更快,跟方便,反过来就会有更多的人买电动车;

4.  绿色发电+储能+电动车快充的综合体会越来越有竞争力,越来越多,也越来越环保!

5.  新能源汽车产业链一定会和光伏,LED一样,中国会拥有最大的市场,最大的产业链供应和最先进的技术与效率!

责编: 爱集微

爱集微

作者

微信:

邮箱:jiwei@lunion.com.cn

作者简介

读了这篇文章的人还读了...

关闭
加载

PDF 加载中...