启泰“传感中国芯”的湖南担当

——解读中国首条压力传感芯片量产线背后的故事

■ 李 治

(刊载于《湖南日报》2021年12月1日10版)
#中国科技##传感器#
不久前,在国家智能传感器创新中心等单位主办的第二届中国智能传感大会上,湖南启泰传感科技有限公司(简称:“启泰公司”或“启泰”)被评为“2021感知领航年度杰出创新企业(成长型企业组,全国总共三家)”,公司董事长兼总经理王国秋被评为“2021感知领航八大标杆人物之一”。作为唯一代表,为湖南捧回行业盛会的最高荣誉。

传感器是物联网、大数据、人工智能、智能制造等新一代信息技术的感知基础和数据来源,已经成为推动数字经济转型升级与高质量发展的关键基础与重要引擎。

从人类社会发展趋势表明,传感器的需求量将随着经济和科技进步而水涨船高。《第三次工业革命》和《零边际成本社会》作者杰里米·里夫金甚至曾大胆猜想,“2030 年,全球应用的传感器数量将从 2013 年的 35 亿个突飞猛进到超过 100 万亿个,人与自然环境通过传感器紧密相连。”

近些年来,随着国际产业竞争格局的变化,全球万亿级传感器产业格局重新洗牌。这为智能传感器国产化带来新的挑战与机遇。

制造业正朝着数字化、智能化的方向转型,传感器的大量使用将是传统制造业实现高质量发展的必然选择,这为传感器企业的发展提供了前所未有的机会。

王国秋介绍,在工业控制、石油石化、采油炼油、航空航天、城市管网监测、工程机械、汽车等领域,压力传感器使用非常广泛。如一辆传统燃油汽车上面,压力传感器超过20颗。在未来发展中,压力传感器会趋向微型化、内置化、数字化、网络化方向发展。

产业竞争为传感器打开巨大的市场机会,正是检验企业技术真功夫的关键时刻。

“我不能说启泰的产品超过了欧美国家,但至少不会逊色。”启泰公司所在的长沙是工程机械之都,全球50强中,有4家在此地。

长沙工程机械产业规模全国第一,但液压传感器作为关键零部件还长期依赖进口。两年前,启泰量产线通线,长沙乃至全国工程机械产业的液压传感器配套需求均可实现自主可控。

经过对产品的严格筛查,启泰公司今年已是本土三一集团、中联重科、山河智能等工程机械巨头的合格供应商。

沈阳国仪检测技术有限公司等业内权威机构的抽查检测结果表明,由工程机械类客户单位送检的启泰传感器,各项指标均达到优良水平。大部分指标甚至高于国外一流企业的产品。

王国秋提到一件趣事,一家企业在对启泰公司产品的反复测试中,发现其各项性能指标好得超乎预期。怀疑启泰特意挑好的送检。有一次搞了个突然袭击,派人直接上门,找到库房挑了一些刚出产的产品去测试。结果发现,性能指标和之前的测试完全一致。

【自主可控】 传感器虽小作用大

在我国民用市场完全空白的金属基MEMS压敏芯片领域翩翩起舞,开启自主可控的全新技术时代,启泰公司凭什么这么牛?其技术产业化的价值到底有多大?

早些年,我国对传感器的发展有很大的争议。很多人认为传感器非常重要,需要国家加大力度来支持。但也有一种声音说,传感器单体价值不高,发展起来非常难,中国没有必要去做,用国际上现成的产品就好。美其名曰,产业分工。

王国秋介绍,我国自己能够生产的传感器敏感芯片占据份额不到10%。比如压敏金属基芯片,国产率不到0.5%。国内民品市场国产芯片,在启泰量产之前,颗粒无收。

“没有传感器,什么设备的能力都发挥不出来。所以传感器单个价值不大,但作用巨大。” 王国秋说,我国去年起加大对传感器研发的支持力度。但这种支持多从研究型出发,忽略了产业型。而产业化主要靠各种设备、工艺来保障。如果在特种工艺和设备上没有投入的话,产业化不可能有结果。

王国秋说,传感器敏感芯片生产线不像一般的集成电路产线那样具有通用性,一条传感器敏感芯片线,往往只能做很少种类的产品。比如说做温度传感器的产线不能做压力传感器,反之亦然。

“尽管单条线3到5亿元的投资看起来不大,但是由于传感器的种类太多,要把这两三万种传感器敏感芯片都做全,这个投资也是一个巨大的数额。”王国秋表示,传感器敏感芯片短期内完全自主可控有困难,有些传感器芯片不花10-20年时间是做不好的。

创新不是空喊口号,没有速成法,不经过长期积累是无法创新的。

基于科学预见和科学家情怀,启泰在压力传感器产业化这条道路进行了长期的艰辛探索。

启泰作为一个民营企业,在国家早期没有一分钱的投入下,在这个“高技术门槛、高资金门槛、高人才门槛”的微机电领域,以不管企业是否实现盈利,也一定要研发出“传感中国芯”,在产品价格与质量上与国外竞争的目标。凭借着满腔热诚和湖南人“吃得苦、霸得蛮、耐得烦”的秉性,王国秋最终坚持了下来。

在“十四五”开局之年,国家已将微机电系统作为集成电路的特色工艺纳入到了“十四五”前沿攻关技术领域,“传感中国芯”真正迎来了发展的春天。

【研发历程】 这把剑磨了十五年

压力传感器的核心技术是敏感芯片,从相关技术的研发到量产,王国秋这把剑磨了15年。

王国秋是从事“中国芯”较早的一批科研人员。早年在国防科技大学工作,后任湖南师范大学数学与统计学院教授、博士生导师。曾获得全军科技进步一等奖和二等奖,主持过4项国家级集成电路项目,湖南省政府曾给其记一等功。

2006年,王国秋研究重心转向应用广泛的压敏芯片和传感器,并决定走产业化道路。但是,压敏芯片的研制难度远超王国秋的预料。实验数不胜数,纽扣般大小的基底材料一箩筐、一箩筐的被烧坏。仅从2019年通线开始,调试工艺和设备用的芯片就消耗了1.9万颗。

但他的投入几近痴迷,这些年心无旁骛,没有做过其他投资。别说不赚快钱做房地产,连自己的住房都一直没有买,股票从没开过户。

研发是有风险的,因为一旦卡在一个环节上过不去,意味着前面的所有投入都白费。

面对各种困境,王国秋也有过几近崩溃、差点放弃的时刻,“要买材料、买设备、做实验,200万元很快就没了,还欠下了一屁股债,过年都有人上门讨债。还好,最终挺过来了。”

2013年,符合国际主流技术的压敏芯片关键技术终于破冰。这不是简单地重复国外的技术,而是一场颠覆性原创,研发了全新的功能材料和电路布局。

2016年开始建量产中试线,2019年,启泰的一条规范的高标准金属基压敏芯片生产线建成,从材料、核心技术、关键工艺和设备,到厂房的设计、芯片检测、封装均由启泰团队自主完成。

这是国内第一条量产线,也是目前唯一的一条。

自此,启泰攻克了“传感中国芯”生产全流程的难题,填补了我国规模化生产线的空白。

长沙市工程机械协会常务副会长兼秘书长吴京生说,启泰生产的芯片,是中国目前很少几类能与国际先进同类芯片相PK的芯片产品,是真正填补市场空白的具有核心竞争力的技术产品。

通线的喜悦实在是太短暂。还没有来得及好好休息一下,意料之中的“拦路虎”很快又出现了。芯片产线最麻烦的是良率、产能双爬坡,启泰生产线的第一批下线产品合格率不到20%。于是,启泰人开始了艰苦的良率爬坡。

所谓的良率爬坡,就是攻克产线里几十套生产工艺,任何一套工艺没有攻克,生产就会在这个环节停摆。例如,在光刻环节,由于进口的光刻胶不适合金属基底,启泰人硬是“跨界”配置出了自己的光刻胶,定制出了自己的光刻机。没有专用光刻机,生产效率是不可能提升的,产品的品质更无法保证。在产线建设中,由于芯片的基底不是硅材,由此导致传统的设备失效,这样的学费交了许多。如研磨机也是由国内知名厂商定制的,但它达不到对粗糙度的要求,第一台研磨机就交了学费。

又是一年半时间的努力,在产线上喂了1.9万颗基底,启泰产品现在的良率终于稳定在95%上下。

“在这个行业里面,95%良率是目前的天花板了。”王国秋自豪地说。

产能爬坡也在同步进行。启泰第一条线的设计产能是每年600万颗。目前正在根据市场的需求,逐步释放产能。

不久的将来,启泰首条线每年可生产600万颗金属基压敏芯片和数百万支传感器,年产值可达10亿元。

【湖南力量】 “三个高地”生力军

11月28日上午,中国共产党湖南省第十二次代表大会在省人民会堂胜利闭幕。

在全面落实“三高四新”战略定位和使命任务,为全面建设富强民主文明和谐美丽的社会主义现代化新湖南而努力奋斗的历史号角声中,启泰正加快启动第二条生产线的建设。产品专门针对新能源汽车,年产值将达到50亿元,可填补我国汽车传感器这类芯片领域产线的空白。

今年的省政府工作报告明确提出,要重点抓好十大技术攻关项目。其中列出的“湘潭大学碳基生物等先进传感器件项目”提到,湘潭大学、启泰传感等正在研制的传感器,突破碳基场效应晶体管传感器和我国工程机械、汽车产业液压装备发展的高性能压力传感器关键瓶颈技术,实现液压装备金属基薄膜压力传感器芯片产业化,建设液压装备压力传感器封装生产线,实现进口替代,提升我省工程机械关键核心零部件配套能力。

不久前,建设银行给予启泰传感授信1.39亿元,第一笔款项8000万元已到账。这些资金主要用于芯片产能的建设上。

建行浏阳支行行长章卓说,建行以服务全省全面落实“三高四新”战略定位和使命任务、增强服务国家建设能力为己任,今年以来,通过“五大行动”已对重点高科技型企业实现了走访的全覆盖。“对湖南十大攻关项目启泰的支持,得益于省行浓厚的创新氛围和创新实力。在省行直接指导下,我们通过产品创新,克服了公司处于初创期在融资上的系列限制,成功实现授信,这在金融支持科技企业发展上有较强的示范意义。基于启泰在传感器领域的核心地位,我们会长期合作而不仅仅是微风拂面式的短期支持。”

11月中旬,中国安全应急产业大会创投交易会发布项目评审结果,启泰公司“智慧消防物联网监测系统”入选为50大优秀项目之一,项目的核心支撑点就是启泰芯片在低压领域的重大突破。在国际上,这类芯片的最低测压只能到1MPa。而启泰芯片的最低测压可以到0.2MPa,将测量能力下探了两个数量级。

此前,长沙银行对启泰的预授信高达20亿元,积极支持启泰传感进军智慧消防领域。

今年5月29日,湖南省传感器产业促进会第一次会员大会在长沙召开,王国秋当选第一届会长。

湖南省传感器产业促进会的成立,是传感器产业发展的一座里程碑。

在启泰等行业龙头企业带动下,促进会将加快传感器关键核心技术攻关,攻克关键技术,发挥传感器产业促进会引领、规范、协调、服务的重大作用,未来将引导全省人工智能与传感器产业快速健康发展,助力湖南省打造成为传感器产业强省,为建设现代化新湖南贡献力量。

“传感器核心是敏感芯片,在相当长的时间内敏感芯片还是我国的短板。”展望未来,王国秋表示将继续攻坚克难,为我国制造业屹立于世界民族之林,为湖南全面落实“三高四新”战略定位和使命任务,作出新的应有贡献!

十二星座男生的霸道总裁指数是多少? #星座物语# #许个愿吧#

白羊男:霸道总裁指数35

与其说白羊男像是霸道总裁,不如说白羊男就是逗比的气质,白羊男生活中总是能够找到欢乐的东西,加上白羊男在待人接物方面往往都是保持着乐观的态度,因此白羊男给人的感觉就是他有种逗比的幽默性格,大部分霸道总裁是高冷的气质,这恐怕就跟白羊男不是一个风格了。甚至白羊男身上总是能够让人感觉到很强的小孩子气质呢!的确白羊男好动,很难静下来,往往有自己很喜欢体育爱好,在体育方面呢,也是很有造诣的,但是霸道总裁似乎脸上少有这种阳光的气质。再加上白羊男本身就不喜欢很死板的西服领带的打扮,自然就不会有霸道总裁的感觉啦!

金牛男:霸道总裁指数65

金牛男好好装点一下自己,真的就有霸道总裁的气质了,但是生活中金牛男并不喜欢做很麻烦的打扮,金牛男的时间是很珍贵的呢!而且金牛男是把自己的时间都用在工作。金牛座的男人在品味方面还是有几分霸道总裁的气质,但是大部分金牛男并不是很懂得如何打扮自己,也许金牛男的确很成熟,但是金牛男并不喜欢把自己的这种性格完全表现出来,还不如藏起来,隐晦一些的好!不过呢,金牛男也懂得在心爱的女人面前秀一下自己的优秀。金牛男虽然性格是内敛的,但是在两个人的关系中还是比较懂得自己应该处于什么地位,如何处理关系的呢!

双子男:霸道总裁指数70

双子男还算是个比较潮流的男人,但是跟霸道总裁似乎并不是很贴切。双子男喜欢打扮的像个花花公子,而且对当下最流行的因素还是很了解的,双子男变化的风格还是很快的,今年流行的是什么,双子男就会在短时间内改变。不过双子座的男人的确是改变的太快了,让人看不透双子男究竟是怎么样的性格。也许双子男的外表还是比较吸引人的,但是双子男的各种想法就不是那么容易被接受了。甚至不少人一直都不了解双子男究竟有什么性格优势,也许双子座的男人太随和,对环境的适应能力太强反而就容易找不到自己究竟是什么样的性格了吧!

巨蟹男:霸道总裁指数30

巨蟹男的气质是温柔而多情的,恐怕是跟霸道总裁被盗而驰了,再加上巨蟹男本身就不喜欢随便变化自己的性格,一旦巨蟹男给人已经留下了温柔老实的形象,就很难再改变了。很多男人是希望通过打扮来修饰一下自己的性格,可是巨蟹男似乎不管是内在还是外在的性格特质,都是一个温柔善良的男人,怎么也没有威望的感觉。巨蟹男的气场也是比较弱的。在一群人当中巨蟹男恐怕是比较内敛的,巨蟹男的天性是带一点自卑的性格,若要做一个霸道总裁,似乎巨蟹男总不是那么合格的,巨蟹男的气质和感觉也都不像霸道总裁呢!

狮子男:霸道总裁指数95

没错,狮子男就是天生的霸道总裁范儿,不管狮子男所在的圈子是什么样的,狮子男总是这个圈子里最有气质和感觉的人,再加上狮子座的男人本性就是直接爽朗的人,自然也会让人很欣赏狮子男性格中的强势,但是狮子座的你可不要太过于强势,否则你就少了几分真正吸引人的东西呢!狮子男的一颦一笑都给人一种杀气,或者是冷漠,但是这种气质是非常吸引异性的,狮子男的身边异性缘从来都不会缺少,毕竟这种霸气不是每个男人身上都有的,不过狮子男可要适当的谦虚呢!太过于自大会让你身边的人对你心存戒备的。

处女男:霸道总裁指数20

处女男的身上的确是没有这种霸道的气质,往往处女男是简单的,给人简单清爽的感觉,再加上处女男对于繁琐的打扮和复杂的气质都不是很欣赏,所以生活中的处女男就是一个简单清爽的人,不过处女男也会很追求完美,希望能够给心爱的人或者身边的异性塑造一个完美的自己。只不过这种气质更加倾向于平易近人,而不是霸道的。对于强势的气质,恐怕从来都不是处女男能够掌握的好呢!不少处女男想做一点霸道总裁的感觉,但是弄巧成拙成了另一种气质反而不好了,坚持你自己并没有什么不好呢!

天秤男:霸道总裁指数85

天秤座帅美男天生就有一种霸道总裁的气质,而且是潮流版本的霸道范儿,天秤男生活中是一个很喜欢打扮自己的人,不管是什么风格的衣服,天秤男都能传出味道,天秤座的男人也是少见的型男,气质很重要呢!当然天秤男待人接物的大度和稳重也是很多人喜欢的,多数天秤男很注重自己身材的维护,所以呢,天秤男不仅仅只有一张很帅的脸,其他方面也是非常不错的呢!不过天秤男爱情中有些小小的花心,恐怕并不是专情的霸道总裁呢!身边的美女总是有很多,只不过霸道总裁气质的男人,似乎身边的女人缘从来都是很不错的哦!

天蝎男:霸道总裁指数90

天蝎男也是很有霸道总裁气质的一群人,特别是天蝎男冷冷的眼神就更加让人觉得有意思了!不过想要接近天蝎男的话并不是那么容易的事情,这个霸道总裁的性格比较孤僻,再加上天蝎男在感情上很谨慎,所以你是需要很长时间才能够摸清天蝎男脑子里真正想要的是什么。不过天蝎座的男人很专情呢!特别是在确定你的爱情之后,天蝎男对你的好一定是其他男人所不能代替的。天蝎座的男人也的确是个霸道的人,你们在一起的所有事情几乎就是天蝎男做主了!大事小事天蝎男都有很强的控制欲望呢!

射手男:霸道总裁指数55

射手男这么嘻哈自然是没有多少像霸道总裁的气质啦!不过射手男也风格也是自称一派呢!也许射手男不是很霸道的气质和风格,但是射手男给人的感觉也是非常不错的,特别是射手男是个兴趣爱好很广泛的人,而身边的朋友也会觉得射手男这是一种性格特质,自然就很喜欢跟射手男在一块玩咯!吸引人的性格特质有很多种,并不一定是霸道总裁是最吸引你的。起码射手男有其他的性格感觉能够让女人觉得也是挺有趣的。不过有钱的射手男,往往是很花心呢!很喜欢玩,而且在感情上是很不能接受束缚的哦!

摩羯男:霸道总裁指数80

要说总裁范儿,摩羯座的人的确是有几分的,特别是看摩羯男甩给老婆钱花的姿势就知道摩羯男是一个多么大度的男人。对于更多喜欢外向男人的女人来说,摩羯男的确并不是一个很好的选择,但是摩羯男适合长时间的相处,在你们真正用心接触过之后你才能够明白摩羯男的性格是如何的,或者是内敛的,闷骚的,总之一定有什么是能够让女人东西的呢!只不过若是你们没有相处过,你是不会知道摩羯男的阔绰咯!比如国民老公王思聪就是摩羯男呢!他花钱的大方可是我们每个人都有目共睹的呢!摩羯男对女朋友花钱都很大方,只是陪伴你的时间比较少了!

水瓶男:霸道总裁指数60

水瓶男并不算是一个霸道总裁,不过对于水瓶男喜欢的并且新奇的东西,他都是很喜欢接触并且拥有的,或许对于不少虚荣心很强的女人来说,水瓶男的确是一个不错的选择,总是能够比身边的人快一步接触到更为奇妙的东西,不过呢,水瓶男可是很容易就发现你是不是真心相待的哦!若你不是真心喜欢水瓶男,恐怕还是离水瓶男远一点吧!他也不会珍惜你的。水瓶座的男人对弱小的保护欲望的确非常强呢!小女人气质更容易让水瓶男珍惜的哦。

双鱼男:霸道总裁指数75

双鱼男是很浪漫,而且是很有情调的男人,似乎跟双鱼男在一起相处的日子从来都不会觉得无聊呢!双鱼男总有好多好玩的点子,会改善你们之间的关系,双鱼男或许并不是霸道总裁,而是暖男总裁哦!不过双鱼男很懂得在不同环境下表现自己的魅力呢!一定会让双鱼男身边的女人觉得很有面子,再加上双鱼男本来就是温柔的不可一世,自然会让你很温暖也会有安全感了!不过跟双鱼男一起相处的生活你也要学会一点小情调哦!调节你们之间的气氛才能够让你们之间的关系更加亲密呢!双鱼男是一个很敏感的男人,你的情绪有任何的风吹草动他都能感觉到的哦

800V系列电驱专家电话会纪要

新能源汽车电驱动研发
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KEY TAKEWAYS

1、800V升级零部件变化:
1)电机控制器、OBC、DC/DC:SiC Mos取代硅基IGBT,这是最主要的变化;
2)电机:高速电机转矩小、铜线细、体积变小,铜、铝用量减少,价格下降;
3)保险丝、连接器、高压线束:电流减小,体积减小/要求减小,正常看价格是下降的。

2、碳化硅必要性和价格情况:
1)必要性:耐压、稳定性、频率优于硅基IGBT;国家战略推碳化硅;优化电机结构,有降本空间;
2)价格:短期价格高,价格是硅基IGBT 3-5倍;长期价格应低于硅基IGBT,IGBT用单晶硅被国外垄断,MOS结构成本低于IGBT(碳化硅MOSFET效果优于硅基IGBT),国产化后碳化硅成本下降。

3、800V升级对电池寿命影响:
1)高电压对寿命无影响,可以改变串并联方式;
2)高功率下8-10C充电倍率(无人机)会致寿命衰减60%;
3)预计未来五年内能够解决充电倍率和寿命的问题。

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Q:400V升级800V架构对哪些环节的变化比较大?从技术和产品价格两个维度分析一下?
升级800V不是简单的零部件升级,而是电压平台升级。电动汽车原先用400V平台,升级后电机、电控、OBC、DC/DC、线束等跟大功率相关的部件都要升级。电动车驱动功率越做越大,大功率应用在现有400V母线里面电流会很大,产生两大问题:
1)充电线束很粗;
2)热耗大,散热有很大的麻烦,能耗大,不符合绿色发展理念。

因此大家推800V,整个电机、电控、OBC、DC/DC、高压线束、电池都要升级到800V。其中:
1)电机:价格跟铜、铝使用量直接挂钩,电机结构上体积和扭矩成正比。碳化硅替代后,电机转速更高,扭矩减少,铜、铝用量下降,因此电机在高压平台上成本下降。
2)功率半导体:电机控制器、OBC、DC/DC等功率器件,碳化硅取代硅基IGBT,目前看,价格更贵,碳化硅是IGBT的价格3-5倍,但长远看碳化硅价格会比IGBT便宜。
3)保险丝:电流减小,成本下降。
4)连接器:电流减小,设计更简单,大功率散热需求下降。
5)高压线束:电流减小,成本下降。

Q:碳化硅替代硅基IGBT的技术路线,车企是从什么角度考虑技术更迭?
不光电驱厂家,整个工控领域都会往碳化硅转。原因:
1)碳化硅本身材料性质比硅好,耐压、稳定性更好;
2)国家战略层面,中国硅基IGBT被欧美压制,碳化硅基本国内外同一起跑线,投入产出有相对优势,有可能实现碳化硅功率器件的超车。
3)控制端:电机控制器功率器件频率提高,现在8k-10kHz,如果用碳化硅MOSFET,可以提高到1兆或几兆Hz,控制频率更高。

Q:一些供应商推电驱动3+3方案,华为、比亚迪等推多合一方案,两个方案的区别以及未来哪一个方案会主导市场?
1)3+1:电驱动供应商基本采用3+3,如国外博世、大陆,国内汇川、精进、英搏尔、巨一等。从供应商角度出发,3+3产品可以做得精致,给主机厂供货以基本单元供货,容易获得比较大的客户群体。八合一功能不一定适合每一个主机厂,会影响产品销售的格局。供应商更喜欢3+3形式,电机、电控、减速器,把产品结构和体积控制好,就能给各个客户去开拓;做多合一,客户群体受限。
2)车企多合一:比亚迪等主机厂喜欢推多合一,主要原因在于资源整合能力强,供应链体系强势,能够协调体系做多合一。主机厂车型自己把控,每个车型都可以定制,车型量可以自己规划。主机厂做多合一有先天优势,别人只需要给它供部件。只要有设计开发能力,就能完成多合一产品整合。
3)华为七合一:我并不是很看好。华为到底是供应商,给主机厂供多合一(eg.假如比亚迪、吉利、上汽都用华为,主机厂车型难以形成差异化价格),主机厂必然要主导产品动力性差异。如果华为做多合一,面临各个客户需求不同,要变更设计。

预计后面国内主机厂都会花大力气组建动力总成团队。市面上主机厂动力总成占整车成本10-15%,价值7,000-8,000元,贵一点10,000元左右(三合一)。假如主机厂一个车型一年预估40万台,以10,000元一套为标准,40亿,给供应商做不如自己做,更划算。汽油车领域,大部分主机厂掌握发动机生产设计,一般是前期外部供,后期建立自己的发动机厂,因为这是高附加值、高产值产品。预计后面会看到国内主机厂逐渐花大力气组建新能源动力总成研发团队。供应商可能供电机的定子、转子,电控供电路板等等,壳体方面也会根据车型定位主机厂自己设计。

Q:800V高压平台的升级对电池寿命的影响如何?
800V高压对电池本体来说没有什么影响。电池是串并联堆积,400V根据容量对应串并联数量,800V改变串并联(eg. 2并变成1并),电压上升一倍。在800V下,电池大功率供电的时候对寿命影响跟400V没变化。

充电倍率提高对寿命有影响。目前国内大功率充电有应用,短期是2C充电倍率,未来可能会到8C、10C,现在的电池如果用8C或10C倍率充电,寿命会衰减60%(例如无人机快充)。电池在快充中,正负极两端会积聚大量电荷,快速充电导致晶格损坏崩塌。

充电功率不提升的话对寿命没影响,若300kW升到700-800kW,寿命有影响。国内有厂家在研究电池快充,我预计前面2年快充供电功率有所受限,不会全程支持4-5C,而是会在某个时间点通过BMS放宽充电倍率,其他区间限制充电倍率。预计未来5年会解决充电问题。电池散热更精准,电池晶格、充电机制有一些优化。

Q:升级至800V后,电源模块也要使用碳化硅,价值量的变动是什么样子的?
DC/DC是高低压系统连接点,按目前技术发展来说不会改变,DC/DC和OBC同属一个产品,一体两用,两个部件都会保持。价值量方面:
1)电控系统有很强意愿去做碳化硅,OBC和DC/DC碳化硅使用量小,整个价值提升空间不是太大;
2)可能前期碳化硅成本高,但后期原材料成本会比硅基低,我预计会有5-10%降本空间。

Q:为什么升级800V会导致电机的价值量下降?为什么说碳化硅后期成本会低于硅基IGBT?
800V跟400V差异是电压值,母线电压从400V到800V。对零部件来说,电机整体体积跟电机扭矩成正比,功率不变,扭矩越小,体积越小(重量也越小)。升级800V后,电机转速做到2万转,扭矩可以做小,整个电机用铜、铝减少;铜的成本会减少一半,铝壳用量也会减少,整个电机价值会往下走。电机成本主要用铜量、铝量核算,耐压材料(高耐压绝缘漆)占比很小,不会看耐压材料去统计。电控里面,除了控制板,没有变化,功率板里面SiC会取代IGBT,目前碳化硅价格是IGBT3-5倍。

碳化硅用材是碳跟硅,跟纯硅成本没有本质差异。
1)在构型方面,为了解决硅基耐压不够的问题,IGBT构型加了衬底,同时通过磨薄工艺把衬底磨薄,增加两个工艺步骤,相应增加设备、人员投入。
2)MOSFET构型工艺国内很成熟,不需要重新增加设备和人员去做后面2个工艺,成本投入减小。
3)硅基IGBT当中90%单晶硅被日本等3家企业垄断,他们根据半导体厂家计划生产单晶硅,价格不会随市场变化调整。碳化硅领域,日本和中国没有很大区别,中国产业化做起来的话,整个碳化硅原材料成本会比硅成本大幅度下降。因此碳化硅材料做MOSFET会比硅基IGBT便宜。

Q:为什么说线束、连接器、熔断器不会因为高压带来耐压价值量提升?
在高压升级情况下,熔断丝、高压继电器里面没有本质差异。400V和800V耐压值在工业里面都属于低压用电系统,整个原材料变化不会很大。另外,线束800V升级后,功率不变,电流降一半,发热量是原来1/4,主机厂采购产品的时候看用铜量,不看绝缘层(绝缘层成本不超过5%)。连接器会在接触电阻镀金或镀银,未来做成低接触电阻,产品做小,技术含量提高,整个里面的用材减少了,同时电流变小,散热需求小,不需要单独加冷却系统,价值量也会下降。

Q:电控自制是否是未来发展的趋势?蔚来自制,小鹏理想有汇川支持,未来理想和小鹏会自制吗?
主机厂电控自制是一种趋势。对于电动汽车来说,动力总成系统比原有燃油车发动机系统简单(发动机技术比电动机技术复杂,变速箱AT、CVT等比电动车的减速器要复杂),电机控制器实际上也与工控里面变频器相差不大。

但很多电动车的价值比传统汽车贵,那么必然在电机电控的设计上要体现差异。因此,
1)主机厂从本质上来说有自主设计动力总成的需求,形成差异化;
2)中国是第一大电机生产国,行业成熟;减速器在中国也成熟,成本很低;唯一难点在电机控制器,国内做得好的不是很多(也有几家汇川、电驱动),但不是跟国外完全不能比,中国要搞控制,也有相关的人才。因此主机厂自制电机电控是必然趋势。

新势力电控自制方面:
1)蔚来自己干;
2)理想谋求自己做;
3)小鹏预计也会考虑。
国内上汽有华域、吉利有威睿,都能解决自制这个问题。我看好主机厂自制,但不是所有电机里面的部件都做,更多做三合一系统结构的设计,里面定转子没必要自己做。预计未来3-5年很多主机厂会进入这一块,自制电机电控。

Q:电压平台升级至800V,电驱、热管理压缩机平台上面有哪些技术应用?比如电机油冷、扁线?
1)从电驱动角度来说,油冷、扁线和电压平台没有关系,油冷散热跟800V平台没有必要联系。400V发热量大一点,油冷效果好一些,800V可能不用油冷,直接用风冷,结构更简单。
2)热管理压缩机升级800V之后对散热要求会更低,这一块成本也会降一些。压缩机没有新的技术。

扁线目的是解决电驱动绕组问题,槽里面有间隙。扁线电机会有两个提升:
1)电机成本下降。铜线与槽空间的比值叫槽满率,原先在75-80%;扁线电机的线长、宽、高设计标准化高,槽型设计成矩形,扁线电机把整个矩形填满,提高槽满率,电机体积能够做小,成本下降;
2)加速散热。原来铜线之间有间隙(空气热阻大,线束散热不好)扁线能够规避间隙问题,线与线之间没有空隙,发热量能够通过周边的线传递出去,加速散热。

Q:目前高压充电桩以电车厂自己投入为主,以后800V超充普及,国家会不会统一高压充电标准,统一配套?
现在大部分高压充电桩是400V,800V充电桩耐压值要往上提,原有充电桩要取消重建。充电桩里面实际上是一个个小型充电模块并在一块,可以跟电池一样做串并联变更。

国家做充电桩投资可能性不大。但大功率充电在国家角度来说是势在必行,若欧美先走会建立壁垒,限制国内发展。充电桩企业把充电模块的硅基IGBT切换成碳化硅,这边会有一些投入。

Q:主机厂、新势力自制高压电控是一种趋势,小鹏、理想如果要在电控自制方面追赶蔚来要多久?
小鹏、理想自己研发高压系统,但三合一没有去做,并不是说国内没有人才,人才队伍建设要时间积累。如果主机厂自己做电控,要对整个车型的量有规定,量少不适合自己做,研发体系、验证整个流程需要3-5年的时间。

理想和小鹏这一块还没有开始建,估计会滞后蔚来3年左右。如果花钱投入,把行业领军任务、精英挖来,采购其他公司成熟的研发体系,时间可能会缩短,1.5-2年也是有可能,但投入会比较大。

据我了解,理想前期对产品没有很大信心,理想ONE销量提振信心,他们后面在电动汽车这一块会比较大的动作。理想增程器方面在摆脱东安,做自研,这也是他们自己研究动力总成的信号。小鹏不是太了解,不能给出明确分析。


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