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IGBT 国产电动汽车的命脉

时间:2019-05-27 14:54
        近日来,因为美国对华为禁售手机芯片事件再次让中美贸易摩擦升级为国人的关注焦点,华为的“备胎芯片”全部转正让我们热血沸腾。其实除了通讯等关键技术外,新能源汽车用IGBT芯片技术同样不容忽视。

         IGBT(Insulated  Gate  Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管),简单点说,它是一个非通即断的开关:导通时可以看做导线,断开时即为开路。虽然中文翻译为“绝缘栅双极型晶体管”,但其最常见的形式是模块,并非单管。模块是由多个IGBT芯片并联,电流规格才能更大。IGBT模块在电动汽车中有着至关重要的作用,是电动汽车及充电桩等设备的核心技术部件,是新能源汽车的“CPU”。其性能直接影响电动车功率的释放速度。为什么说IGBT是国产电动汽车的命脉呢?

        首先,加工精度高,单体模块只有人的手指甲盖那么大,要在上面蚀刻十几万甚至几十万只有助显微镜才能看清的微观结构电路,最先进的光刻机来自荷兰ASML公司,目前该公司已经可以生产3纳米的光刻机。我国清华紫光22、14纳米的尚不能进行量产,只有90纳米的可以量产。

        其次,IGBT在整车成本中占比达到7-10%,占电机驱动系统成本的50%,在直流充电桩中占30%成本。是除电池成本之外的第二高元器件。而且在节约能耗、提高寿命方面亦很重要,因为驱动功率小、饱和压降低、寿命可达20年。例如,在电动控制系统中大功率直流/交流(DC/AC)逆变后驱动汽车电机 ;车载空调系统小功率直流/交流(DC/AC)逆变;充电桩中IGBT模块被作为开关元件来使用。
 
        再者,高端的IGBT主要被国外的企业垄断,如英飞凌、三菱、富士电机、仙童、安森美、ABB、西门康等。世界第三大IGBT生产商英飞凌占国内新能源汽车七成左右的市场份额,目前我国新能源汽车IGBT产品98%以上采用国外进口。足可见依赖性强,非常不利于我国的汽车市场健康发展。连我国汽车工程学会装备部部长陈长年也曾感慨:“国内用的芯片大多依靠进口,尤其是核心汽车电子控制芯片基本都掌握在外国人手中,国内的汽车电子芯片技术还差得远”。

        当然,国内的企业也不是坐以待毙,早已感觉到危机并开始自主发展自己的芯片。目前国内主要IGBT厂商有中车时代电气、比亚迪、士兰微、华微、嘉兴斯达、中环股份等。2017年,江苏宏微科技股份有限公司与北汽新源汽车股份公司联合成立宏微---北汽新能源IGBT联合实验室;2018年3月,上汽集团股份有限公司与英飞凌以51:49的股比合资成立了---上汽英飞凌汽车功率半导体(上海)有限公司;近日赛晶电力电子集团成功研制出针对新能源汽车IGBT使用的驱动方案GU-C12-AB-12D-V1,这标心着赛晶集团的新能源汽车用IGBT驱动器技术已经处于行业领先地位,为集团在新能源汽车领域的发展奠定了坚实的基础。最具代表性的就是比亚迪IGBT 4.0产品,以全新一代唐DM为例:综合损耗相比当前市场主流产品降低了约20%,百公里电耗降低约3%;模块的温度循环寿命可以达到当前主流产品的10倍以上;电流输出能力也比主流产品提升15%,有更强的加速能力。所以全新一代唐DM 4.5S破百成绩,并不是只靠提升电机功率就能实现的。

        虽然取得了一些成绩,但是我国的IGBT技术与国外仍有很大的差距,在这些国内IGBT技术企业中,符合新能源汽车配套条件的只有几家,而且在技术成熟度和先进性上还不够完善。IGBT在世界上已经发展到7.5代,是由三菱电机推出,而我国仍处于第3、4代水平上,差距较大。短时间内我们还要加紧提升自主创新、研发制造能力,方可逐步摆脱垄断,撑握自己的命脉,健康发展!
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