2019年新能源汽车IGBT排名 新能源汽车排名十强

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本文目录

  1. 为什么说新能源汽车的核心是 IGBT
  2. 比亚迪的 IGBT 真的很牛
  3. 新能源汽车概念股有哪些

一、为什么说新能源汽车的核心是 IGBT

1、IGBT 约占电机驱动系统成本的一半,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%,是除电池之外成本第二高的元件,也决定了整车的能源效率。不仅电机驱动要用 IGBT,新能源的发电机和空调部分一般也需要 IGBT。不仅是新能源车,直流充电桩和机车(高铁)的核心也是 IGBT 管,直流充电桩 30%的原材料成本就是 IGBT。电力机车一般需要 500 个 IGBT 模块,动车组需要超过 100 个 IGBT 模块,一节地铁需要 50-80 个 IGBT 模块。三菱电机的 HVIGBT 已经成为业内默认的标准,中国的高速机车用 IGBT 由三菱完全垄断,同时欧洲的阿尔斯通、西门子、庞巴迪也是一半以上采用三菱电机的 IGBT。

2、除了日系厂家,英飞凌包揽了几乎所有电动车的 IGBT,而三菱电机则沉醉于中国高铁的丰厚利润中无法自拔,在低于 2500V 市场几乎一无所获。2016 年全球电动车销量大约 200 万辆,共消耗了大约 9 亿美元的 IGBT 管,平均每辆车大约 450 美元,是电动车里除电池外最昂贵的部件。其中,混合动力和 PHEV 大约 77 万辆,每辆车需要大约 300 美元的 IGBT,纯电动车大约 123 万辆,平均每辆车使用 540 美元的 IGBT,大功率的纯电公交车用的 IGBT 可能超过 1000 美元。

3、什么是 IGBT?IGBT 是由 BJT(双极型三极管)和 MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。与以前的各种电力电子器件相比,IGBT 具有以下特点:高输入阻抗,可采用通用低成本的驱动线路;高速开关特性;导通状态低损耗。IGBT 兼有 MOSFET 的高输入阻抗和 GTR 的低导通压降两方面的优点,在综合性能方面占有明显优势,非常适合应用于直流电压为 600V 及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。对于混合动力,除驱动电机外,另外还有一个发电机,可以由汽车的发动机带动其发电,然后通过 IGBT 模块 AC/DC 转换后向电池充电。在 DM 车型中,该发电机还可以充当驱动电机的作用。IGBT 最常见的形式其实是模块(Module),而不是单管。模块的 3 个基本特征:多个芯片以绝缘方式组装到金属基板上;空心塑壳封装,与空气的隔绝材料是高压硅脂或者硅脂,以及其他可能的软性绝缘材料;同一个制造商、同一技术系列的产品,IGBT 模块的技术特性与同等规格的 IGBT 单管基本相同。

4、模块的主要优势有以下几个多个 IGBT 芯片并联,IGBT 的电流规格更大。多个 IGBT 芯片按照特定的电路形式组合,如半桥、全桥等,可以减少外部电路连接的复杂性。多个 IGBT 芯片处于同一个金属基板上,等于是在独立的散热器与 IGBT 芯片之间增加了一块均热板,工作更可靠。一个模块内的多个 IGBT 芯片经过了模块制造商的筛选,其参数一致性比市售分立元件要好。模块中多个 IGBT 芯片之间的连接与多个分立形式的单管进行外部连接相比,电路布局更好,引线电感更小。模块的外部引线端子更适合高压和大电流连接。同一制造商的同系列产品,模块的最高电压等级一般会比 IGBT 单管高 1-2 个等级,如果单管产品的最高电压规格为 1700V,则模块有 2500V、3300V 乃至更高电压规格的产品。晶圆上的一个最小全功能单元称为 Cell,晶圆分割后的最小单元,构成 IGBT 单管或者模块的一个单元的芯片单元,合称为 IGBT 的管芯。

5、一个 IGBT 管芯称为模块的一个单元,也称为模块单元、模块的管芯。模块单元与 IGBT 管芯的区别在最终产品,模块单元没有独立的封装,而管芯都有独立的封装,成为一个 IGBT 管。近来还有一种叫 IPM 的模块,把门级驱动和保护电路也封装进 IGBT 模块内部,这是给那些最懒的工程师用的,不过工作频率自然不能太高咯。单管的价格要远低于模块,但是单管的可靠性远不及模块。全球除特斯拉和那些低速电动车外,全部都是使用模块,只有特斯拉对成本的重视程度远高于对人命的重视程度。特斯拉 Model X 使用 132 个 IGBT 管,由英飞凌提供,其中后电机为 96 个,前电机为 36 个,每个单管的价格大约 4-5 美元,合计大约 650 美元。如果改用模块的话,估计需要 12-16 个模块,成本大约 1200-1600 美元。特斯拉使用单管的原因主要是成本,尤其是其功率比一般的电动车要大不少,加上设计开发周期短,不得不采用单管设计。相比宝马 I3,采用英飞凌新型 HybridPACK 2 模块设计,每个模块内含 6 个单管型 IGBT,750V/660A,电流超大,只需要两个模块即可,体积大大缩小,成本大约 300 美元。

二、比亚迪的 IGBT 真的很牛

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就像华为的海思芯片,近两年,汽车行业内的 IGBT 逐渐为人所熟知。

新能源汽车的成本构成中,最大头当然是动力电池,第二高的就是 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)。作为与动力电池电芯齐名的“双芯”之一,占整车成本约 5%左右的 IGBT,正在变得越来越重要。

IGBT 能有多重要?就在于,它能直接控制驱动系统直、交流电的转换,决定电动车扭矩和最大输出功率等核心指标,可谓“牵一发而动全身”。

所以,近日总投资 10 亿元的比亚迪 IGBT 项目在长沙正式动工,无疑就非常令人瞩目。据悉,该项目设计年产 25 万片 8 英寸晶圆的生产线,投产后可满足年装 50 万辆新能源汽车的产能需求。

如今,比亚迪 IGBT 芯片晶圆的产能已经达到 5 万片/月,预计 2021 年可达到 10 万片/月,一年可供应 120 万辆新能源车,也就是相当于 2019 年新能源汽车销量的总数。

不过,我们关心的是,对于比亚迪来说,其 IGBT 技术达到了什么程度?在整个 IGBT 格局中,比亚迪处于一个什么位置?

作为一种功率半导体,IGBT 应用非常广泛,小到家电、大到飞机、舰船、交通、电网等战略性产业。此外,IGBT 还是国家“02 专项”的重点扶持项目,已经全面取代了传统的 Power MOSFET,被称为电力电子行业里的“CPU”。

在新能源领域,IGBT 的应用也非常重要。比如,在电动汽车的“三电”方面,TESLA 的 Model S 使用的三相异步驱动电机,其中每一相的驱动控制需要使用 28 颗塑封的 IGBT 芯片,三相共需要使用 84 颗 IGBT 芯片。算算总量,就可知需求的庞大。此外,充电桩的核心部件也要用到 IGBT 芯片。

但是,长期以来,被垄断在少数 IDM(Integrated device manufacturer)手上,比如英飞凌 Infineon、富士电机、三菱等外资企业。

数据显示,2019 年期间,英飞凌为国内电动乘用车市场供应 62.8 万套 IGBT 模块,市占率达到 58%。而比亚迪供应了 19.4 万套,市占率达到 18%。可以说,如果没有比亚迪,中国车规级 IGBT 芯片市场国内企业一直被“卡脖子”的局面无法缓解。这是实情。

比亚迪打破国际巨头的垄断,是值得高兴的事。不过,值得注意的是,如果按照之前 2019 年比亚迪 IGBT 自供比率约在 70%(或以上)的预测,也就是接近 15 万套来算,对外供应的量也就是 4 万多套,比亚迪还是相当保守的。

所以,4 月 14 日比亚迪宣布通过整合公司半导体业务、成立独立的“比亚迪半导体有限公司”,就是想使 IGBT 业务量扩大,提升其商业前景。根据中金公司的预计,比亚迪半导体拆分上市后市值可达 300 亿元,无疑也只有外供 IGBT 才能带来如此效益。

按照 2018 年的相关统计,在一辆纯电动汽车中,IGBT 约占驱动电机系统成本的一半,而驱动电机系统占整车成本的 15~20%,也就是说 IGBT 占整车成本的 7~10%。而据中信证券报告显示,IGBT 目前在插电混动车型上约占 2500~3500 元成本,A 级以上纯电动车 IGBT 单车成本在 2000~4000 元,豪华车相对高一点,在 5000 元以上。

而且,中信证券认为,全球电动车高增长(尤其是 A 级以上车型)将带动 IGBT 需求放量,2020 年行业空间约 97 亿元,预计 2025 年有望达到 370 亿元,年复合增长率超过 30%。所以说,如果比亚迪 IGBT 销量扩大,收益当然可观。

据悉,比亚迪下一步的规划是让 IGBT 的外供比例争取超过 50%。而之前比亚迪的孤单,显示出关键零部件领域自主品牌的技术弱势,现在局面有所缓解。不过,如果我们从国际 IGBT 技术发展趋势来看,比亚迪还得加快步伐。

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之前,比亚迪已经在秦、唐等多个车型中采用自主研发的 IGBT,但直到 2018 年 9 月,才第一次对外宣布。从专利数量来说,截至 2018 年 11 月,比亚迪在该领域累计申请 IGBT 相关专利 175 件,其中授权专利 114 件。

截至目前,比亚迪车用 IGBT 装车量已累计超过 60 万只。如果我们光看比亚迪的报道,自豪感会油然而生。但是,放眼望去,比亚迪面对的都是强手。

从 IGBT 的应用电压来看,汽车主要是 600V 到 1200V 之间,这个区间里英飞凌 Infineon 具有压倒性优势,安森美虽然在 600V-1200V 领域也有市场,但主要是非车载领域。而三菱和富士电机瓜分了日本市场,丰田混动所用的 IGBT 全部内部完成,有自己完整的 IGBT 生产供应链。

江山代有才人出,除了这几家巨头,根据 IHS Markit 的最新报告,一家 2018 年度 IGBT 模块全球市场份额占有率排名第 8 位、唯一进入世界排名 TOP10 的中国企业——斯达半导(603290),也已成为比亚迪的劲敌。

根据上市刚刚两个月的斯达半导的年报,其去年生产的车规级 IGBT 模块已经配套了超过 20 家车企,合计配套超过 16 万辆新能源汽车(而根据 NE 时代的统计,2019 年斯达供应了 17,129 套 IGBT 模块,市占率 1.6%。)如果加上在工业控制及电源行业、变频白色家电及其他行业的应用,斯达半导的 IGBT 营收已经超过了比亚迪半导体。

不仅如此,就 IGBT 技术实力来看,比亚迪发展到了 IGBT 4.0(相当于国际第五代),而斯达半导已经发展到了第六代,该公司基于第六代 Trench Field Stop 技术的 650V/750V IGBT 芯片及配套的快恢复二极管芯片,已在新能源汽车行业实现应用。

从全球看,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,而比亚迪 2018 年 12 月 12 日才发布 IGBT 4.0 技术(也就是国际上第五代技术),所以说,目前的差距还是很大的。

不过,IGBT 技术目前接近封顶也是公认的。当今科技日新月异,IGBT 的战场之外,下一代争夺将在 SiC(碳化硅)技术上。丰田汽车就表示过:“SiC 具有与汽油发动机同等的重要性。”

其实,碳化硅(SiC)是一种广泛使用的老牌工业材料,1893 年已经开始大规模生产了。作为第三代半导体材料,发展潜力巨大。而且,SiC 技术已经在日本全面普及,无论三菱这样的大厂还是富士电机、Rohm 这样的小厂,都有能力轻松制造出 SiC 元件。

鉴于 SiC 的重要性,丰田的策略是完全自主生产。实际上,丰田从上世纪 80 年代就开始了 SiC 的研究,领先全球 30 年。到 2014 年,丰田已经能试产关键的 SiC 基板。

这里说句题外话,SiC 基板是关键,而落后日本企业很多的英飞凌,2016 年 7 月决定收购的美国 CREE 集团旗下电源和 RF 部门(“Wolfspeed”),核心就是 SiC 基板技术。不过,最终被美国的外国投资委员会(CFIUS)以关系到国家安全的原因否了。

目前,比亚迪也已研发出 SiC MOSFET。预计到 2023 年,比亚迪将采用 SiC 基半导体全面替代硅基半导体,这样的话,整车性能在现有基础上可以再提升 10%。除了驱动效率提高,SiC MOSFET 体积可以减少 70~80%,这也是业内公认的,SiC 是新能源车提高效率最有效的技术。

当然,光芯片提升还不行,整合材料(高纯碳化硅粉)、单晶、外延、芯片、封装等 SiC 基半导体全产业链也要跟进,才能进一步降低 SiC 器件的制造成本,加快其在电动车领域的应用。

所以,从技术上来说,比亚迪要追赶的路还很长。而且相对于斯达半导的全球化业务,比亚迪 IGBT 的国外业务还有待展开。不过相比较而言,比亚迪在国内自主品牌中还是取得了一定的优势,就像华为手握芯片终极武器一样。面对汽车行业百年未有之变局,技术驱动将重新构建行业格局,无疑是没错的。

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本文来源于汽车之家车家号作者,不代表汽车之家的观点立场。

三、新能源汽车概念股有哪些

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