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不看外国人脸色 比亚迪靠IGBT4.0技术再攀高峰

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EV视界 时间:2018年12月11日 06:08 浏览量:1789

【EV视界报道】几乎所有人都知道,三电系统作为新能源汽车最关键的核心技术,已经成为了能否保持新能源汽车继续快速发展的重要因素。而相比于已经逐渐被消费者所熟悉的动力电池技术外,在新能源汽车中还有一个十分重要的关键组件,它就是“IGBT?#34180;?#20294;是,就是这样一个关键组件,由于在国内的发展严重滞后,所以导致中国IGBT市场90%的份额掌握在一些海外巨头手中。

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不过,随着当前自主?#25918;?#30340;不断发展,这种?#32622;?#24050;经发生了悄然变化。12月10日,比亚迪在宁波发布了在车规级领域具有标杆性意义的IGBT 4.0技术,再一次展示出其在电动车领域的领先地位。而这也意味着,比亚迪在汽车能源变革的关键时期,已经将主动权牢牢掌握在自己手中。

IGBT技术落后制约了新能源汽车的大规模商业化

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),中文名称为绝缘栅双极型晶体管,是影响电动车性能的关键技术,成本占整车成本的5%左右,是除了电池之外成本第二高的核心元件。其作为一种大功率的电力电子器件,应用于轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车、新能源装备以及工业领域,主要作用是用于变频器逆变和其他逆变电路,将直流电压逆变成频率可调的交流电,因此也被称为电力电子装置的“CPU?#34180;?/p>

比亚迪车规级IGBT模组.jpgIGBT没有放大电压的功能,导通时可以看做导线,断开时当做开路,因此也可以理解为一个“非通即断”的开关。采用IGBT进行功?#26102;?#25442;,能够提高用电效率和质量,对于纯电动车而言,IGBT的使用有助于降低能?#27169;?#25552;升续航里程。

但是,就是这个关键技术,生产工艺要求十分严格,不仅工艺流程复杂,更要求极致的精密操作,长期以来,IGBT芯片设计门槛高,?#26102;就?#20837;高,生产流程复杂,需要完善的专业人才储备,使得IGBT只有国外少数芯片厂商能够量产。所以,我们常见的大部分自主?#25918;?#20351;用的IGBT只能依靠进口,因此这也是导致该技术在国内发展滞后的主要原因。

IGBT技术——新能源核心技术的“珠穆朗玛峰”

在?#30340;冢琁GBT因技术难和投资大,与动力电池一样,被称为新能源汽车核心技术的“珠穆拉玛峰?#20445;?#38271;期以来制约了新能源汽车的大规模商业化。而总结起来,其难点主要存在于芯片和模块。

IGBT的尺寸仅有指甲大小,但却要在其上?#32431;?#21313;几万乃至几十万的微观结构电路,仅能在显微?#36842;?#26597;看。而且其虽然是一个开关器件,但涉及到的参数多达十几个,很多参数之间是相互矛盾,需要根据应用折衷考虑。

比亚迪IGBT4.0晶圆.jpg另外,其晶圆制造工艺?#35759;?#20063;非常大,主要体现在薄片加工处理上。采用最新的1200V FS技术的IGBT,需要将晶?#24067;?#34180;到120um(约两根头发丝?#26412;叮?#30340;厚度,再进行10余道工序加工。而且晶圆制造的厂房洁净度要求非常高,需要一级净化。一个零点几微米的微?#38236;?#33853;在晶?#37319;希?#23601;会造成一颗IGBT芯片失效。

而在模块设计难方面,IGBT需要考虑材料匹配、散热、结构、功率密度、外观、重量等多项指标。而在模块的制造中,大面积芯片的无空洞焊接(无空洞焊?#26377;?#35201;在1mBar <即0.1Kpa>的高真空下进行;与之相比,海平面的标准大气压的值为101.325kPa)、高可靠性绑线工艺和测?#32536;?#20063;都是难点。因此综合来看,IGBT的研发并不是一朝一夕就能完成的,需要克服很多困?#36873;?#19981;过,目前比亚迪已经?#36842;?#20102;车用IGBT芯片的自主研发,并且经过多年的努力,大幅提升了良率,保障了?#20998;?#31283;定性,使得这项技术得以全面应用。

十余年耕耘比亚迪成为车规级IGBT的标杆

据相关统计,从2015到2017年,比亚迪电动车的销量已经连续三年位居全球第一。而取得如此优异成绩的背后与比亚迪在IGBT等核心技术领域的超前布?#32622;?#19981;可分。

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作为国内新能源汽车领域的领军?#25918;疲?#27604;亚迪早在十多年前就已经默默布局电动车的核心技术,并且一开始就密切关注IGBT等电动车核心技术的自主研发和创新。目前,比亚迪已经陆续掌握IGBT芯片设计和制造、模组设计和制造、大功率器件测试应用平台、电源及电控?#28982;方冢?#26159;中国唯一一家拥有IGBT完整产业链的车企。而经过10余年的技术积累,比亚迪IGBT不?#31995;?#20195;更新。此次推出的比亚迪IGBT4.0,便已经在诸多关键技术指标上都优于当前市场主流产品。

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DSC_4704.JPG其中,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%。而且其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。另外,搭载IGBT4.0的V-315系?#24515;?#22359;在同等工况下?#31995;?#21069;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。

比亚迪全新一代唐DM.jpg比亚迪SiC晶圆.jpg

而除了上述?#25856;?#20043;外,比亚迪认为,随着电动车性能不?#31995;?#25552;升,对功率半?#32487;?#32452;件也将提出更高的要求,因?#35828;?#19979;的IGBT也将?#24179;?#30789;材?#31995;?#24615;能极限。据悉,比亚迪已投入巨资布局第三代半?#32487;?#26448;料SiC,并将整合材料(高纯碳化硅粉)、单晶、外延、芯片、封装等SiC基半?#32487;?#20840;产业链,致力于降低SiC器件的制造成本,加快其在电动车领域的应用。

据比亚迪表示,其已经成功研发了SiC MOSFET(汽车功率半?#32487;?#21253;括基于硅或碳化硅等材料打造的IGBT或MOSFET等),并且有望于2019年推出搭载SiC电控的电动车。预?#39057;?023年,比亚迪将在旗下的电动车中,?#36842;諷iC基车用功率半?#32487;?#23545;硅基IGBT的全面替代,将整车性能在现有基础上再提升10%。

编辑点评:在过去相当长的时间里,IGBT的核心技术始终掌握在国外厂商手里,中高端IGBT市场90%的份额被国际巨头垄断,导致“一芯?#20122;蟆保?#25104;为制约我国电动车行?#21040;?#24247;、快速发展的主要瓶?#34180;?#32780;比亚迪打破国际巨头对IGBT的技术垄断,助力我国电动车的快速发展。今天,比亚迪推出了全新的车规级IGBT4.0,为我国汽车产业的换道超车,提供?#30475;?#30340;“中国芯?#34180;?#22240;此,我们也有理由相信,在未来比亚迪将为我们带来更多惊喜。

文章标签: 比亚迪 IGBT4.0 责任编辑:赵子旺

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