我最佩服比亚迪的一点:它好像什么都能造,从电池、电子到 汽车 到新能源到轨道交通,还有半导体、口罩等。
在它身上,你仿佛能看到前四次工业革命。
如果要给中国制造业投票,一票我会给华为,另一票给比亚迪。
时间回到1995年 ,适时移动电话开始普及,但在中国还未出现拥有二次充电电池独立知识产权的企业,国外的废旧电池在中国都是抢手货。
瞅准了这一机会的比亚迪说干就干,王传福带领着研发团队日夜煎熬,不仅填补了国内二次充电电池的技术空白,还一度超越全球电池巨头三洋、索尼,成为摩托罗拉、诺基亚第一个中国锂离子电池供应商。
最高时,全球每三个手机,就有一个手机使用了比亚迪的电池。
2003年1月,电池起家的比亚迪收购“秦川 汽车 ”,进入 汽车 行业。媒体、股东、基金甚至比亚迪员工都不理解。很多基金经理打电话给王传福,劝他放弃收购计划,甚至有人威胁他:“如果你坚持收购,我们就抛售比亚迪的股票,直到抛死为止。”
2008年10月6日,比亚迪以近2亿元收购了半导体制造企业宁波中纬,整合了电动 汽车 上游产业链,加速了比亚迪电动车商业化步伐。
同年12月15日,全球第一款不依赖专业充电站的双模电动车——比亚迪F3DM双模电动车在深圳正式上市。这款双模 汽车 整合 汽车 制造、电池技术、电机系统、车载电子技术等多项顶尖的高 科技 技术,是节能、环保、 时尚 和 科技 的典范。
以上的成就不足以代表比亚迪的伟大,接下来我说的,一定能让你对比亚迪全新的认识。
·IGBT技术革命
IGBT是个啥?
简单来说,是用在电驱动系统上的半导体部件, 相当于 汽车 动力系统的"CPU"。 这是电动车上成本仅次于动力电池的零部件,占到整车成本的8%-10%。
由于其较高的技术门槛,设计和制造工艺难度都很高,被誉为"电动 汽车 核心技术的珠穆朗玛峰"。
中国虽然是全球最大新能源 汽车 市场,遗憾的是,在国内市场,中高端IGBT产能严重不足,一芯难求。
国内大部分电动 汽车 MCU、变频空调、电焊机和变频器等产品用的IGBT基本靠进口,价格和交货周期受制于国外。IGBT芯片近80%的市场份额都被英飞凌、法雷奥、三菱电机等欧美日企业垄断。
比亚迪收购宁波中纬的举动在当时极不被看好,一时间"知情人称比亚迪至少亏20亿元"、"芯片项目巨亏拖累比亚迪"等声音不绝于耳。
尽管研发过程极其艰难、外界质疑声不断,但功夫不负有心人。
2009年9月,比亚迪半导体自研的IGBT 1.0芯片成功通过中国电器工业协会电力电子分会组织的 科技 成果鉴定,标志着中国在IGBT芯片技术上实现零的突破,打破了国际巨头的技术垄断。
2012年,IGBT 2.0芯片问世,基于此,比亚迪成功打造出了车规级IGBT模块。
2018年,比亚迪半导体成功研发出全新的车规级产品IGBT 4.0芯片,成为车规级IGBT的标杆。IGBT 4.0产品在电气性能、电流输出、综合损耗以及温度循环等多项关键指标上碾压国外竞品。
2019 年,比亚迪在中国共配套约19.4万套车规级IGBT 模组,市场份额18%,排名第二,仅次于英飞凌。
现如今,比亚迪半导体IGBT芯片产量迅猛攀升,IGBT芯片晶圆的产能已经达到5万片/月,预计明年可达到10万片/月,一年可供应120万辆新能源车。
到目前为止,比亚迪已经拥有了从设计、蚀刻、封装全流程化的IGBT芯片制造能力,而它也是目前全球唯一一家掌握IGBT核心技术的车企。
怎么说呢,比亚迪在IGBT领域的地位,就好比华为海思在手机芯片领域的地位。
与此同时,比亚迪半导体在IGBT专利方面也进行了布局,2007年,比亚迪提出其首个IGBT专利申请,截止2020年5月8日,德温特世界专利数据库里一共有比亚迪公开的130个IGBT专利族,包括231条专利记录,其中70%的专利布局于中国大陆。
·刀片电池
了解刀片电池前,我们先来了解一个常识:
目前纯电动 汽车 上最常用的动力电池分为三元锂和磷酸铁锂两种。
科普一下:特斯拉目前用的是18650传统电池电芯,技术比较成熟,适配性很强,当前成本最低的一种 动力锂电池 。
在过去几年里,很多企业陷入了对“续航里程”的盲目攀比,天生热稳定性差,但相比磷酸铁锂电池能量密度更高的三元锂电池广受追捧,但是 三元锂电池有一个最致命的弱点:
在200 左右就会发生分解,且化学反应较剧烈,会释放氧分子,更容易引发热失控,最终爆炸。
好了,说到这,你是不是有这样一个疑问:磷酸铁锂容量低,三元锂又容易自然爆炸,那电池岂不是无解了。
比亚迪偏偏不信邪,在磷酸铁锂被普遍不看好,搭载量逐年下降的情况下,比亚迪硬生生让铁树开了花,自主研发出了刀片电池。
为啥叫刀片?因为这个电池又长又扁,长度可在0.6-2,1米之间自由定制。
刀片电池的电芯通过栈堆的方式摆放,就像一个个刀片插入电池包中,这样电池不仅是能量来源,还成了结构件,相当于将电芯直接集成为电池包。
这就好比啥?举个不太恰当的例子:
正常情况下,你很瘦,房子必须有房梁支撑,突然有一天,你变胖了,胖到几乎撑满了整个房间,这时房子已经不需要房梁了,因为你已经变成了支撑物。
经过这样一番骚 *** 作,比亚迪把传统的磷酸铁锂电池的空间利用率由原来的40%提升到了60%,电池系统的能量密度最高达到了150Wh/Kg。
为了验证电池的安全性,比亚迪搬出了符合国家标准的针刺测试。
针刺测试有多难?在动力电池界,通过这一安全测试的难度堪比登顶珠穆朗玛峰。
这次实验,在相同的环境条件下,样本选取了三元锂、传统磷酸铁锂和刀片电池分别实验:用一根钢针直接刺穿电池,并在电池表面打了一个生鸡蛋用来观察温度变化。
测试结果如下:
①三元锂电池在穿刺的瞬间,出现剧烈的温度变化,表面温度出现迅速超过500度,生鸡蛋瞬间烤焦。随后电池热失控,开始剧烈燃烧,
②普通磷酸铁锂电池穿刺后,无名火,有烟,表面温度达到200-400度。鸡蛋也被烤焦。
③刀片电池穿刺后,无名火,无烟,电话表面温度仅30-60度左右。鸡蛋竟然安然无恙。
比亚迪一战成名,刀片电池的亮剑,让比亚迪有了誓让“自燃”二字彻底从新能源的字典中抹去的底气。
除了上面提到的IGBT和刀片电池,比亚迪还有700V高压的电气化平台、量产车型中功率最大的永磁同步电机、升压快充系统等核心技术。
正是几十年如一日地坚持自主研发,才使得丰田、戴姆勒等国际伊利亚车企愿意和比亚迪在新能源领域联手合作的重要原因
王传福和比亚迪说道也做到了,这也是巴菲特为什么数十年如一日支持,坚守比亚迪股票的重要原因,比亚迪是巴菲特最近这些年唯一投资的中国企业。
他称赞王传福是他最欣赏的四位CEO之一(另外三位是亚马逊的杰夫·贝佐斯、精密机件的马克·多尼根以及苹果的蒂姆·库克)
查理·芒格甚至称王传福是“爱迪生和杰克韦尔奇的混合体”。
坚持自主研发只是比亚迪立足行业的基础,不是全部,卓越的战略眼光和商业的顶层设计逻辑如何让比亚迪一步步创造奇迹,我们下期聊。
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作为中国最早涉足新能源 汽车 领域的民营车企,比亚迪从一开始就没有将自己局限为一家整车制造企业。
对新能源 汽车 产业链的 深度垂直整合 ,是比亚迪在国内 汽车 产业立足的一大特色。
从 2019 年 3 月至 2020 年 4 月期间,比亚迪利用一系列的拆分与整合将其自有的新能源 汽车 核心供应链进行了大幅重构,其中就包括 5 家弗迪系公司以及一家专攻半导体技术的公司——「 比亚迪半导体 」。
关于 5 大弗迪系公司,我们先按下不表,今天重点来聊聊新近拆分的「比亚迪半导体」。
1.27 亿元融资,1 年内估值翻 4 番,比亚迪半导体为什么金贵?
2020 年 4 月,比亚迪通过对比亚迪微电子等公司的一系列股权转让和业务划转,重组成立了一家名为「比亚迪半导体」的公司。
「比亚迪半导体」由比亚迪微电子、宁波比亚迪半导体以及广东比亚迪节能 科技 三合一而成,同时还吸纳了惠州比亚迪实业的智能光电、LED 光源和 LED 应用相关业务。
随后在 5 月和 6 月,比亚迪半导体先后在 A 轮和 A+ 轮融资中拿下了总计约 27 亿人民币的巨额投资。
在拿下这两轮融资前,比亚迪半导体的官方估值为 75 亿 人民币。
而根据前不久中金对比亚迪半导体给出的最新估值已经高达 300 亿 人民币。
在比亚迪半导体的 A 轮与 A+ 轮投资方中,既有长于资本运作的红杉资本、中金资本、国投创新等机构;也有如北汽产投、上汽产投、中芯国际、ARM、小米等产业资本。
两轮融资中,超过 30 家机构的 44 名投资主体成为比亚迪半导体的外部股东,这部分股东目前持有该公司约 28% 的股份,剩余股份则全部归属于比亚迪。
这也意味着比亚迪仍然享有对这家公司的绝对控制权。
7 月,有媒体报道,比亚迪有意推动比亚迪半导体独立上市,传闻称将登陆 科创板 或 创业板 。
2.IGBT:电动车的「心脏」
重组后的比亚迪半导体,其主要业务覆盖功率半导体、智能控制 IC、智能传感器和光电半导体的研发、生产和销售,而且拥有包含芯片设计、晶圆制造、封装测试和下游应用在内的系统化能力。
在比亚迪半导体的众多产品中,最为核心的莫过于 车规级 IGBT 芯片 和 模块 。
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)全称「绝缘栅双极晶体管」,是一种大功率的电力电子器件,也是新能源 汽车 电控系统非常核心的组件。
它能够直接控制直、交流电的转换,决定驱动系统的扭矩( 汽车 加速能力)、最大输出功率( 汽车 最高时速)等。
另外,因为车辆电控系统的能耗主要来自逆变器控制器部分,而逆变器控制器损耗的 70% 又来自开关部分,也就是最核心的元件 IGBT。
所以, IGBT 的效率也间接影响车辆的续航里程。
作为 IGBT 模块的核心, IGBT 芯片 与 动力电池电芯 并称为电动车的「双芯」,其成本占整车成本的 5% 左右。
如果以整个 IGBT 模块的成本来计算,这个数值要提升至 7% 以上。
以特斯拉 Model S 为例,其使用三相异步驱动电机,其中每一相的驱动控制都需要使用 28 颗塑封的 IGBT 芯片,三相共需要使用 84 颗 IGBT 芯片。
在比亚迪半导体推出真正可量产的车规级 IGBT 之前,国内的车用 IGBT 供应 90% 以上都依赖于国际巨头,比如英飞凌、安森美、三菱、富士通等等。
这些年,包括比亚迪半导体、斯达半导在内的国产供应商发力追赶。
以 2019 年的数据为例:
全球第一大 IGBT 供应商英飞凌为中国的电动乘用车市场供应了约 62.8 万套 IGBT 模块,市场占有率接近 60%。
而比亚迪半导体则供应了接近 20 万套,市占率约为 20% 。
比亚迪半导体在 IGBT 领域的进展,背后是比亚迪长达 15 年的投入。
比亚迪半导体走到今天,也离不开王传福在 2008 年顶着巨大压力做出的一个决定。
3.点石成金:王传福收购中纬积体电路
比亚迪最早在 2005 年组建研发团队,正式布局 IGBT 产业。
这个时间点距离比亚迪收购秦川 汽车 仅过去两年,这年也是比亚迪旗下首款真正意义上自研的车型——比亚迪 F3 的诞生之年。
从这点来看,比亚迪在很早就有掌握 IGBT 这个电控系统核心元件的想法,其切入口则是整套系统中最为关键的 IGBT 芯片。
2005 年前后,国内集成电路设计和生产能力都非常薄弱,比亚迪要设计 IGBT 芯片的难度可想而知。
到 2008 年,比亚迪内部研发 IGBT 芯片迟迟没有成果,而且还面临芯片设计出来怎么制造的问题。
这年,王传福看上了一家半导体制造企业—— 中纬积体电路 (宁波)有限公司。
这家公司成立于 2002 年,注册资本 1 亿美元,主要从事晶圆生产、芯片制造,在当时被称为浙江省最尖端的高 科技 项目。
宁波市政府积极引入这个项目,众多投资人更是狂热追捧。
中纬积体电路在当时之所以如此受欢迎,也是因为国内发展集成电路制造产业之心非常迫切。加之这家公司其实和台积电颇有渊源。
中纬积体电路是由台湾亚太 科技 和大茂电子共同出资成立。中纬积体电路董事长冯明宪曾任大茂电子董事长、亚太 科技 公司执行长。
上世纪 90 年代,台湾大力发展半导体产业。台积电刚成立时,台积电一厂就是台湾经济部工研院租借给其厂地,张忠谋在执掌台积电之前,就曾是工研院的院长。
2002 年 2 月台积电一厂租借到期后,台积电将厂区内的一座实验室捐给了工研院,并且将余下的晶圆厂设备卖给了冯明宪曾执掌的亚太 科技 。
这批二手设备正好成为了中纬积体电路创立的基础,但也给这家公司后来的发展埋下了隐患。
经过从 2002 年到 2008 年五年多的发展,中纬积体电路并没有成长为外界期望的半导体制造明星公司,而是一步步走向衰落。
其最大的问题就是芯片生产设备老旧、设备维护费用高而致产能不足,另外就是资金短缺。
各种原因集中起来,最终导致中纬积体电路经营惨淡,走向被拍卖的结局。
2008 年,这家濒临破产的半导体企业,几乎找不到人接盘。
转机出现在这年 10 月,比亚迪王传福在众多的外界质疑声中斥资近 2 亿人民币拍下了中纬积体电路,后来这家公司就变成了「 宁波比亚迪半导体 」,现在已经被整体并入「比亚迪半导体」。
当时在外界看来,这起收购将让比亚迪至少亏损 20 亿人民币,公司股价也应声下跌。
然而,后来的事实证明,王传福这一收购决策让比亚迪的 IGBT 产品研发和制造走上了正轨。
王传福接手中纬后,将其业务整合到比亚迪生产链上,核心产品就是电动 汽车 IGBT。
就这样,比亚迪在 IGBT 芯片和器件的研发设计及生产制造端建立起了较为完整的能力。
4.IGBT 的演进方向
2009 年,比亚迪正式推出 IGBT 1.0 芯片,并且成功通过中电协电力电子分会的 科技 成果鉴定,这颗芯片推出也打破了国际巨头在这一领域的技术垄断。
随后 2012 年,比亚迪又推出了 IGBT 2.0 芯片。
基于这块芯片,比亚迪打造出了车规级 IGBT 模块,并应用在比亚迪纯电动车 e6 上。
2015 年,比亚迪又将 IGBT 芯片升级为 2.5 版本。
自研 10 年、收购中纬积体电路 7 年之后,比亚迪的 IGBT 业务不断壮大,这年其 IGBT 模块的营业额突破 3 亿人民币。
2017 年,比亚迪 IGBT 4.0 芯片研发成功,并于 2018 年 11 月正式推出车规级 IGBT 4.0 芯片。
在这款芯片的加持之下,比亚迪 IGBT 模块的综合损耗较当时市场主流产品降低了约 20%,其温度循环寿命可以做到市场主流产品的 10 倍以上。
比亚迪 IGBT 4.0 芯片
现在的比亚迪已经是全球唯二拥有 IGBT 这个电控核心元器件设计与生产能力的 汽车 厂商,另一家则是丰田。
比亚迪半导体的 IGBT 产品,除了用于比亚迪 汽车 外,还与金康 汽车 、蓝海华腾、吉泰科等多家整车、电控供应商达成合作。
今年 4 月,比亚迪总投资 10 亿 人民币的 IGBT 项目在 长沙 开工。
这个项目设计年产 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。
现阶段,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 10 万片/月,一年可供应 120 万辆新能源车。
对于比亚迪半导体来说,其在 IGBT 领域所取得的成就已是过往,在这个技术迭代如此之快的领域,不进则退。
随着纯电动 汽车 性能的不断提升,其对功率半导体组件也提出了更高的要求。
作为纯电动车电机、电控系统的核心元器件,IGBT 器件的性能也需要不断演进。
现在以硅材料为基础的 IGBT 已经接近性能极限,比亚迪大规模应用的 1200V 车规级 IGBT 芯片的晶圆厚度已经减薄至 120um (约两根头发丝直径),再往下减难度极大。
对于整个行业来说,寻求性能更佳的全新半导体材料成为共识。
碳化硅 (SiC)则是最佳的后继者,也被称为第三代半导体材料。
据了解,碳化硅临界击穿场强是硅的 10 倍,带隙是硅的 3 倍,热导率是硅的 3 倍,所以被认为是一种超越硅材料极限的功率器件材料。
相关业内人士表示,相对于现在的硅基 IGBT,碳化硅基 IGBT 将会提供更低的芯片损耗、更强的电流输出能力、更优秀的耐高温能力以及缩小电控体积和重量等众多优点。
但现阶段因较高的成本费用,碳化硅基 IGBT 暂时只应用于长续航版本的纯电动 汽车 上。
比亚迪半导体作为业内的头部公司,自然看到了这一趋势,目前已经投入巨资布局碳化硅材料功率器件,加快其在电动车领域的应用。
按照比亚迪半导体的规划,到 2023 年,其将实现碳化硅对硅基 IGBT 材料的全面替代,将整车性能在现有基础上再提升 10%。
5.比亚迪半导体更大的野心
现在这个阶段,绝大多数行业都在研讨芯片国产替代的问题,所有企业都不希望像华为遭遇突然的断供和禁令,害怕被绑住手脚。
以车规级半导体为核心产品的比亚迪半导体,便是典型的 IGBT 芯片国产替代者。
以往其器件基本上供应的是比亚迪的车型产品,去年比亚迪的新能源车销量在 23 万辆左右,这个规模对于 IGBT 芯片走量其实是局限。
国内新能源 汽车 的年销量已经突破了百万台,保有量超过 400 万台。
重组之后的比亚迪半导体,其野心已不再局限于比亚迪自身,而是瞄准国内所有新能源车企,甚至是国际厂商。
而对于整个中国新能源 汽车 产业来说,新增这样一家车规级半导体供应商,意味着新能源车企有机会实现 IGBT 芯片和器件的国产化替代,毕竟目前大多数车厂依然是从国外供应商手中采购这类核心部件。
比亚迪半导体的分拆融资以及以后的上市,对于比亚迪以及中国新能源 汽车 产业发展来说,实际上是双赢。
自 2005 年开始 IGBT 的研发,到 2008 年收购芯片制造工厂中纬积体电路,再到如今开展碳化硅基 IGBT 器件的研发,比亚迪在这条道路上已经走过了 15 年。
如今的比亚迪半导体已经成长为国产第一大 IGBT 供应商,成为了抗衡国外供应商的先锋。
下一个 5 年、10 年和 15 年,比亚迪半导体还将实现哪些野望?
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