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    IGBT和替換品碳化硅到底是什么?

    日期:2022-03-06 22:47
    瀏覽次數:1255
    摘要: 一直以來,很多人都認為新能源汽車的關鍵是電池,甚至“三電”之中,電池始終排在**位,但事實上,新能源汽車,尤其是中國新能源汽車發展*有提升空間的,當屬驅動電機。 2018年12月16日,在中國電動汽車百人會論壇媒體吹風會上,中國電動汽車百人會執行副理事長歐陽明高院士結合《“十三五”新能源汽車重點專項》年度總結,介紹了有關新能源汽車技術的發展情況,在驅動電機方面,歐陽明高指出:碳化硅將取代IGBT。 等等,IGBT是什么?碳化硅又是什么? 與驅動電機是什么關系? IGBT是什么? 發...

    一直以來,很多人都認為新能源汽車的關鍵是電池,甚至“三電”之中,電池始終排在**位,但事實上,新能源汽車,尤其是中國新能源汽車發展*有提升空間的,當屬驅動電機。

    2018年12月16日,在中國電動汽車百人會論壇媒體吹風會上,中國電動汽車百人會執行副理事長歐陽明高院士結合《“十三五”新能源汽車重點專項》年度總結,介紹了有關新能源汽車技術的發展情況,在驅動電機方面,歐陽明高指出:碳化硅將取代IGBT。

    等等,IGBT是什么?碳化硅又是什么? 與驅動電機是什么關系?

    IGBT是什么?

    發明于上個世紀 80 年代初的IGBT,學名絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor),是國際上公認的電力電子技術第三次*具代表性的產品。

    形象地說,IGBT是一個控制電能的上等開關,能決定整車的能源效率;簡單點理解,它就是電力電子行業里的“CPU”。

    一般而言,IGBT約占電機驅動系統成本的一半,而電機驅動系統占整車成本的15-20%,也就是說,IGBT占整車成本的7-10%,是除電池之外成本*貴的部件。

    不僅電機驅動要用IGBT,新能源的發電機和空調部分也需要IGBT。不僅是新能源汽車,直流充電樁和機車(高鐵)的核心也是IGBT管,直流充電樁30%的原材料成本就是IGBT。

    中國IGBT發展

    這么重要的高科技,在中國是怎么樣的呢?

    如你所料,長期以來,IGBT的核心技術都掌握在歐美和日韓手里。為了實現技術突破,“十二五”期間國家16個重大技術突破專項中,排在**位的就是IGBT。

    2008年,中車時代電氣股份有限公司收購了世界上*早進行IGBT技術研發的英國丹尼克斯半導體公司75%的股權。

    2009年9月,比亞迪IGBT芯片通過了中國電器工業協會電力電子分會組織的科技成果鑒定。

    2014年,中車株洲所造出了具有完全知識產權的8英寸IGBT芯片,從此中國高鐵和新能源汽車開始有了“中國心”。

    2015年,中車IGBT變流器**出口海外,拿到了印度100輛機車的訂單。

    2018年3月,中車時代電氣IGBT模塊擊敗國際競爭對手,再次獲得印度1000只訂單。

    除了印度、中車自主的IGBT芯片還在馬來西亞;在俄羅斯、意大利及中歐市場有了小批量訂單。

    2018年12月10日,比亞迪發布了IGBT4.0技術,據介紹,該產品具有更大的輸出功率、更小的綜合損壞,更高的可靠性,以及更長的使用壽命。

    中外IGBT差距

    正因為有了中車、比亞迪和眾多企業堅持不懈的攻關和研發,中國IGBT關鍵核心器件已經被攻克,而且市場份額不斷上升,據歐陽明高院士介紹:到2018年,大約40%的IGBT來自中國企業。

    但實際上,我們的差距還是比較明顯的。中國IGBT的發展之路勢必充滿荊棘。

    據2016年國際調研機構公布的報告,德國英飛凌以全球24.5%的份額居榜首,日本三菱電機以24.4%的份額位列全球**,富士電機(FujiElectric)以12.2%的占有率奪得季軍。

    此外,日本的日立、東芝,美國的仙童、歐洲的賽米控(西門康)、ABB等都在國際上排名靠前。中車大概位列第十名左右。

    那么,我們的IGBT和國外先進的IGBT相比,差距在哪里呢?

    首先,從技術、工藝、效率、材料等多個方面,我們都還是有明顯不足的。舉例來說,比亞迪有自己的IGBT,比亞迪經濟型車使用的是自有的IGBT,但優異車型會采用進口產品,因為進口產品電耗會更低一點。

    具體點說,IGBT的技術關鍵有兩點,一是散熱,二是背板工藝。而其中*關鍵的材料科學,是中國的薄弱點,日本的優越項。

    IGBT的下一代SiC(碳化硅)

    日本更優越的技術是碳化硅。

    豐田曾經公開表示:SiC具有與汽油發動機同等的重要性。從上世紀80年代開始,豐田就在研究SiC,比國際同行提前30年。

    是什么原因讓豐田這么重視碳化硅呢?畢竟目前SiC材料的成本據估算是IGBT的8-10倍。

    因為碳化硅是一個更先進的做控制器的電力電子芯片,可以通過大幅度提高電機的轉速實現電機比功率的升高,它的頻率和效率可以做到很高、體積可以非常小,比現在的IGBT要減少大概70—80%。

    參照美國能源部2025年目標,電機的功率密度是50千瓦/升,碳化硅控制器是100千瓦/升。

    碳化硅還具有在高頻率時損耗低的優勢,能將車輛的效率再提高10%左右,這還意味著續航里程可以得到同樣的提升,電池成本有可能大幅下降。

    在應用方面,特斯拉Model3使用的控制器就是碳化硅,比亞迪也宣布已投入巨資布局第三代半導體材料SiC。此外,國內還有多家團隊開始產業化。

    估陽明高院士估計,到2025年會碳化硅將取代IGBT。這個時間表,中國將與世界同步。

    京公網安備 11010802025865號

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