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电动客车如何节能?IGBT起到很关键的作用

2018-12-23 11:56 来源: 牛车网

近几个月,芯片领域总是新闻频发。就在12月1日,全世界最大的光刻机制造商荷兰的AMSL发生了火灾,火灾摧毁了部分库存和生产线。可就是这场火灾,使得部分7nm的光刻机无法如期出货,让整个世界的芯片制造业都受到了一定的打击,其中不乏中国。荷兰的AMSL的光刻机技术可以说是垄断性质的,位于世界第二和第三的日本尼康和佳能技术与AMSL已经整整相差了一个等级。

电动客车如何节能?IGBT起到很关键的作用

为什么在介绍比亚迪的IGBT前我们要举以上这样一个例子呢?因为这就是很具代表性的技术垄断,如果不掌握核心技术,产品的发展只能听从别人的发号施令。十几年前,中国开始逐渐普及电动汽车,在攻克了电池、电机这两个技术核心以后,整套电子控制系统就成为了下一个攻坚目标。此前电动汽车电子芯片一直处于被日本和欧洲厂商垄断的局势,国产的纯电动汽车要想得到可靠的性能,必须要采购国外的芯片。

电动客车如何节能?IGBT起到很关键的作用

2009年比亚迪研制的第一代IGBT晶硅,又被称为IGBT 1.0。

IGBT学名绝缘栅双极晶体管,如果去网上查询一般只能查询到非常“硬核”的干货,虽说介绍的非常专业且详细,但是让人实在难啃。笔者稍微整理了一下给大家普及一下, IGBT简单来说就是介于电池和电机之间的芯片,更笼统一点可以说是电动汽车电力系统的“CPU”,也可以看做为一个电路开关。IGBT由MOSfet绝缘栅型场效应管和BJT双极型三极管组成,MOSfet的特点是拥有高输入阻抗,而双极型三极管能达到大电流的效果。

电动客车如何节能?IGBT起到很关键的作用

比亚迪K9的轮边电机驱动桥

IGBT主要用途就是对直流电或者交流电进行高频切割,通过高频驱动,对电能进行变换。我们举个例子,一般的车载铁锂电池在300VDC以上,而比亚迪K9纯电动公交上搭载的永磁同步电机的输入电压为540VDC,这时候我们就可以通过控制IGBT来将电池输出的电流提升成540VDC。

要知道车载电池输出的是直流电压,部分新能源车辆上面也有搭载交流电机或者是其他使用交流电的设备,而IGBT还能起到将电池输出的直流电逆变成交流电的作用。例如使用交流电机的新能源汽车,IGBT可以合理的控制输出的交流电压和频率,能够使交流电机的协调性提升很多。而我们所熟知的高铁动车,采用的就是IGBT直流逆变交流牵引这一套原理。

电动客车如何节能?IGBT起到很关键的作用

其实新能源汽车逐渐普及,发展IGBT也成为了国内电动汽车产商主要的目标,但是由于技术水平受到限制,所以说一直难以起步。大多数新能源厂商,还是需要依靠进口IGBT来实现生产。比亚迪2005年开始研发IGBT,期间分别推出过IGBT 1.0、IGBT 2.0、IGBT 2.5。2017年比亚迪推出了全新的IGBT 4.0,在技术方面有非常大的提升。当然很多人就会问,这个IGBT的技术提升,到底对整个电动汽车的电动系统,有什么影响呢?

电动客车如何节能?IGBT起到很关键的作用

IGBT技术主要分为三种,第一代是80年代日本英飞凌的PT技术;第二代是90年代德国西门子的NPT技术;第三代是2000年以后德国西门子的FS技术。比亚迪从NPT开始研发,经历了三代NPT产品,在4.0上革新到了FS技术。FS技术的厚度相比NPT技术要薄三分之一,也就是能够将用料的钱花在生产工艺上面,价格基本上是不会有太大的变化。

而IGBT最关键的数值就是Eoff(关断损耗:代表每次开关的时候产生的损耗。)和VCEast(饱和电压:IGBT额定电流通过时上的电位差),这两者直接影响IGBT的能量损耗,肯定是越低越好。当然这两者之间的关系就像跷跷板的两端一样,一边低了另一边肯定就会偏高。而比亚迪的IGBT 4.0相比2.5,在关断损耗和饱和电压两方面均有稳步的降低,没有出现低了一个另一个偏高的现象。

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