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掌握核心技术!比亚迪IGBT技术解析

新能源小汽(稿源) 2022-2-13 22:46 No.1158


我们一直在强调“核心技术一定要掌握在自己手里。”这是不管任何领域都在积极追求的目标,也是企业发展的重中之重。在汽车领域,尤其是电气时代即将来临的今天,越来越多的品牌开始研制自己的电动车型,越来越多的电动车相关技术进入了我们的视野,今天我们要说的IGBT就是电动车领域比较重要的一项技术。对了,值得一提的是,目前汽车领域所用的IGBT已经被比亚迪攻克,并掌握了核心技术。


为了我们的文章能让您看懂,或者看起来更方便理解,我们用几个问答的形式来进行。


一,IGBT是什么?作用是什么?


IGBT为英文Insulated Gate Bipolar Transistor的缩写,中文名称为绝缘栅双极型晶体管。是电能变换与传输的核心器件,俗称电力电子装置的“CPU”,应用于直流电压为600V及以上的变流系统,如轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域。


IGBT的作用是交流电和直流电的转换,同时IGBT还承担了电压高低转换的功能。外界充电的时候是交流电,需要通过IGBT转变成直流电然后给电池,同时要把220V电压转换成适当的电压后才能给电池组充电;电池放电的时候,通过IGBT把直流电转变成交流电机使用的交流电,同时起到对交流电机的变频控制,当然变压是必不可少的。


比亚迪车规级IGBT模组


是不是感觉说了这么多还是没懂这个东西到底有什么用?总结几句话: IGBT是功率半导体器件,可以说是电动车的核心技术之一,IGBT的好坏直接影响电动车功率的释放速度以及节能等相关性能。


二,IGBT到底有多重要?


在一台纯电动车中,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。而且除电驱动系统外,整车包括高压充电机、空调系统等多个电气组件均需使用到IGBT。


如果还不能理解IGBT有多重要,那么我们就来举例说明,一台特斯拉


Model X(参数|图片)使用132个IGBT管,由英飞凌公司提供。其中后电机为96个,前电机为36个,每个单管的价格大约为4-5美元,合计大约需650美元。


三,世界上有多少地方在生产IGBT?比亚迪生产了IGBT有什么特殊意义么?


有的朋友可能会问了,比亚迪掌握了这个核心技术为什么值得编辑单独拿出来说呢?下面的这些内容您可能会找到答案。


2017年全球电动车销量大约500万辆,共消耗了大约18亿美


元(参数|图片)的IGBT管,平均每辆车大约为450美元。目前我国每年使用的IGBT,90%依赖进口。国际上主要的生产


商(参数|图片)是“西门子、英飞凌、仙童、三菱、富士、东芝”这些老牌大厂。而其中的“高压大功率IGBT”更是电动车动力系统核心中的核心,国内目前能够量产高压大功率IGBT芯片并用于车辆生产的企业,只有两家:中国中车(高铁)和比亚迪!


能有这样的突破也离不开我国电动车的发展,在政策驱动下我国新能源汽车及充电桩市场进入爆发期, 中国IGBT产业在国家政策及重大项目的推动及市场牵引下加快了国产 化的进程,目前已形成了IDM模式和代工模式的IGBT完整产业链 。国内厂商不仅实现了技术突破,而且成功把国产化IGBT应用在新能源汽车中。而这里说的国内厂商,最重要的一家就是比亚迪。


所以,您知道为什么我会把比亚迪单拿出来说了么?比亚迪和国内的一些厂商成功的打破了这一领域的垄断,实现了国产化。


四,比亚迪的IGBT好不好?达到了什么程度?


既然说比亚迪的IGBT技术打破了国外品牌的垄断,那么国产的零件质量如何?会不会仅仅是拥有了技术,而质量和水平还不能满足我们的需求?


如果说2009年的时候我们IGBT技术刚刚开始着手研发,那么经过十几年的技术积累,我们现有的IGBT技术已经相当成熟和先进了,2017年比亚迪使用的IGBT2.5代产品在性能上和同类竞品差距已经在逐渐缩小,而即将要量产的比亚迪IGBT4.0产品已经超越了国外同类产品,达到了世界先进水平。


五,凭什么说比亚迪的IGBT4.0产品达到了世界先进水平?


首先,技术指标方面,IGBT4.0在芯片损耗、模块温度循环能力、电流输出能力等关键指标上,比亚迪IGBT4.0产品达到全球领先水平。


芯片损耗:比亚迪 IGBT4.0产品的综合损耗相比当前市场主流产品降低了约20%,使得整车电耗降低。以全新一代


唐(参数|图片)为例,在其他条件不变的情况下,采用比亚迪 IGBT4.0较采用当前市场主流的IGBT,百公里电耗少约3%。


温度循环能力:IGBT4.0产品模块的温度循环寿命可以做到当前市场主流产品的10倍以上。


电流输出能力:搭载IGBT4.0的V-315系列模块在同等工况下较当前市场主流产品的电流输出能力提升15%,支持整车具有更强的加速能力。


而为了达到上面说的这些超越,比亚迪也对技术工艺进行了升级,例如 将晶圆厚度减薄到120um、 生产环境的洁净度要求达到最高等级的一级、 晶圆的制造用水标准需达到超纯水等,这些都是极高的工艺要求。


除了工艺上的苛刻要求,比亚迪还在材料上做出了创新,这是比亚迪走的一步好棋—— 第三代半导体材料SiC碳化硅)。


而我们也从官方得到了相关的信息,比亚迪投巨资布局第三代半导体材料SiC(碳化硅), 目前已大规模用于车载电源, 2019年底将推出中国首辆搭载SiC电控的电动车,预计2023年采用SiC基半导体全面替代硅基半导体(如硅基IGBT),引领下一代电动车芯片变革。


总结:说了很多,可能您也听得有点懵了,其实全文总结一下就是——比亚迪用SiC材料做出了一款电动汽车所必须的零件,打破了长期以来的技术垄断。这个零件关系到车辆的各方面性能,并且工艺要求奇高。


往大了说,这是我国科技的进步、也进一步打破了国外技术的垄断;往小了说,这是比亚迪走的一步好棋,是自身的技术水平站在了国家,乃至世界的前端,相信在未来,这项技术能为比亚迪带来更好的发展,也为我们消费者带来更好的产品。(图/文/摄 网通社 高岳)



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