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不看外国人脸色 比亚迪靠IGBT4.0技术再攀高峰

2018-12-11 14:20 来源: EV视界新能源汽车

【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”。但是,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。

不看外国人脸色 比亚迪靠IGBT4.0技术再攀高峰

不过,随着当前自主品牌的不断发展,这种局面已经发生了悄然变化。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”。

不看外国人脸色 比亚迪靠IGBT4.0技术再攀高峰

IGBT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进行功率变换,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耗,提升续航里程。

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,资本投入高,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品牌使用的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”

在业内,IGBT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”,长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,但却要在其上蚀刻十几万乃至几十万的微观结构电路,仅能在显微镜下查看。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。

不看外国人脸色 比亚迪靠IGBT4.0技术再攀高峰

另外,其晶圆制造工艺难度也非常大,主要体现在薄片加工处理上。采用最新的1200V FS技术的IGBT,需要将晶圆减薄到120um(约两根头发丝直径)的厚度,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尘掉落在晶圆上,就会造成一颗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(无空洞焊接需要在1mBar

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试等也都是难点。因此综合来看,IGBT的研发并不是一朝一夕就能完成的,需要克服很多困难。不过,目前比亚迪已经实现了车用IGBT芯片的自主研发,并且经过多年的努力,大幅提升了良率,保障了品质稳定性,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局密不可分。

不看外国人脸色 比亚迪靠IGBT4.0技术再攀高峰

作为国内新能源汽车领域的领军品牌,比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、电源及电控等环节,是中国唯一一家拥有IGBT完整产业链的车企。而经过10余年的技术积累,比亚迪IGBT不断迭代更新。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。

不看外国人脸色 比亚迪靠IGBT4.0技术再攀高峰

不看外国人脸色 比亚迪靠IGBT4.0技术再攀高峰

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。

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