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IGBT,电动汽车下一个战场的制胜法宝?

作者:admin ; 浏览次数:次; 发布时间:2019-01-14 17:22:36

经常会有人问王传福,比亚迪的技术积累到底怎么样?早些年被汽车圈称为“狂人”的王传福,他总是这样回答道:“比亚迪有技术‘鱼池’,里面有各种各样的技术,市场需要时,我们就捞一条出来,电动车、轨道交通都是‘鱼池’里的大鱼。”

在去年的12月10日,比亚迪在宁波发布了车规级领域的IGBT4.0技术。也许,在这一天之前,除了业内人士,普罗大众对于IGBT都感到比较陌生。只是,现在比亚迪把IGBT这一个长期游离于大众视野中,却又是新能源汽车的“CPU”核心技术展示在聚光灯之下。

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比亚迪 IGBT4.0核心技术解析会

这一次,比亚迪又捞出一条“大鱼”,欲想把它变成下一个“独角兽”。

IGBT有个看起来很专业的中文名字——绝缘栅双极型晶体管。IGBT是由BJT(双极结型晶体三极管) 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,其具有自关断的特征。

IGBT并不是近几年的技术产物,它的技术发展历史已经有60多年。在近几十年的发展中,IGBT已经更新迭代到第六代,其技术发展趋势是向着降低损耗与降低生产成本而走。

如果我们从某一个维度去分析,比如从结构上讲,IGBT主要有三个发展方向:

·IGBT纵向结构:非透明集电区NPT型、带缓冲层的PT型、透明集电区NPT型和FS电场截止型;

·IGBT栅极结构:平面栅机构、Trench沟槽型结构;

·硅片加工工艺:外延生长技术、区熔硅单晶;

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比亚迪IGBT产品晶圆

就像开头所说,可能在很多人眼里都是比较陌生的名词。但其实IGBT在多个行业领域都占据着极为重要的位置,已经广泛应用于轨道交通、工业、航空航天、电动汽车等不同行业领域。

尽管IGBT只有指甲盖的大小,但是其身上布满着十几万乃至几十万的微观结构电路,充当着电子装置“CPU”的角色,起着在能源转换与传输中起着心脏般的重要作用。

之前大家曾经一致地认为,得电池者,便可得新能源汽车天下。但最近,这一论调渐渐又受到了质疑。有些人认为,IGBT才是新能源汽车的真正核心。

IGBT是新能源汽车中最重要的核心零部件之一,这是毋庸置疑。

IGBT是电机驱动部分最核心的元件。在电力驱动系统中,IGBT用于逆变器模块,该模块将蓄电池的直流电转换交流电驱动电机;在电源系统中,IGBT用于各种交流/直流与直流/直流变换器中,实现为蓄电池充电与完成所需电压等级的电源变换等功能。同时,IGBT也是充电桩的核心部件。

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也就是说,在电动汽车电池组充放电、动力系统,甚至空调系统、转向系统中都发挥这关键的作用。

我们都知道,之所以电池对于电动汽车来说那么重要,除了它担任着“能量驱动”的角色以外,它的成本是整车第一高。只有控制了电池的成本,电动汽车的成本才会降下来。

同样的道理,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。

因此,把握住IGBT的成本也许也是制胜的一步。

要获取制胜法宝,显然是不易。

与工业级的相比,应用于新能源汽车的IGBT技术有着更高的要求。

按照目前的市场情况,不断扩大的新能源汽车市场与需求,催生了专用于车机功率的电子器件。目前的汽车功率半导体是从工业电子器件演化而来,而经过汽车认证后的电子院器件作为车规级产品,需要有着更好、更可靠的性能。

另外,汽车的大众消费属性对IGBT的寿命要求更高,只有满足使用寿命内数十万次甚至是百万次的功率循环要求的产品,才能在汽车领域被采纳。也就是说,现在的汽车IGBT已经走过了初期的“将就用”的阶段,进入了精细化设计时期。

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随着汽车智能化的发展,以及对于功能安全、使用情况的要求越来越高,作为被动执行的功率器件IGBT,在技术设计上需要额外增加逻辑判断和保护功能。

比如说,在IGBT内部需要增加温度传感器。当系统可能出故障之时,可以做出初步判断,再结合应用,达到快速反馈到处理器的效果,尝试降低车辆输出扭矩和速度,形成诊断的闭环。这是IGBT由被动执行变为主动执行的一个“角色转换”。

按照目前的行业形势,我国的电池产业发展的比较快,2018年我国动力电池累计产量突破了65GWh,与日本、韩国形成“三足鼎立”的局面。

反观 IGBT,国内相关的企业技术发展却是滞后。

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