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137-2866-53462018年12月，比亞迪發布了在車規級領域的IGBT 4.0技術，此前這項技術及零部件基本都被國外的企業所壟斷。而發布此項技術之后，比亞迪成為了國內第一家實現車規級IGBT大規模量產、也是唯一一家擁有IGBT完整產業鏈的車企。今天跟大家聊聊和IGBT相關的事吧。
什么是IGBT？它是干什么的？ IGBT中文稱“絕緣柵雙極型晶體管”，你可以把它理解為一個開關，用在電壓幾十到幾百伏、電流幾十到幾百安的強電上。這時候你可能會想到，這個電壓電流的量級，不就是我們日常家用電的量級嗎？但家里的電燈開關是用實體按鈕控制的，IGBT不用機械按鈕，是由計算機控制的。 我們日常生活中，使用的都是交流電，發電廠發出來的都是交流電，但如果你想給電動車充電，必須把交流變成直流才能充進去，IGBT正好就能實現這個功能，電池放電的時候，通過IGBT把直流電轉變成交流電機使用的交流電。這是IGBT的一個功能：交流直流互轉。 IGBT其實離我們并不遙遠，就算你家里沒有汽車，有些很常用的東西里也有IGBT，比如電磁爐和變頻空調。這涉及到IGBT的另一個功能，變頻。比如電磁爐需要把普通的50赫茲交流電變成20-40千赫茲的高頻交流電。 當然它也是變壓器的組成部分。 所以IGBT是一個很“均衡強勢”的東西，雖然上面說的幾個功能使用逆變器、整流器、變壓器等也能實現，但一是他們不能承受那么高的電壓，二是開關速度沒有IGBT快，IGBT一秒鐘可以開關幾萬次。 IGBT在電動車里干什么？ IGBT主要應用于電動汽車領域中以下幾個方面： ◆1. 電控系統 大功率直流變交流（逆變器的功能）后驅動汽車電機； ◆2. 車載空調控制系統 小功率直流/交流逆變； ◆3. 充電樁 智能充電樁中IGBT模塊被作為開關使用； ▲ 比亞迪車規級IGBT模組 上面說了IGBT可以承受高電壓、可以變頻、可以控制交直流轉換、可以變壓，也就是說現在有了電壓、頻率都受控制的強電，這個強電就可以用來驅動汽車、高鐵等交通工具的電機。 IGBT有點貴，并長期被國外供應商壟斷 據悉，IGBT約占電機驅動系統成本的一半，而電機驅動系統占整車成本的15-20%，也就是說IGBT占整車成本的7-10%，是除電池之外成本第二高的元件，也決定了整車的能源效率。 ▲ 2016-2020年IGBT應用收入 不僅是新能源車，直流充電樁和高鐵的核心也是IGBT管，直流充電樁30%的原材料成本就是IGBT。電力機車一般需要 500 個 IGBT 模塊，動車組需要超過 100 個 IGBT 模塊，一節地鐵需要 50-80 個 IGBT 模塊。 著名的IGBT供應商是英飛凌，它幾乎壟斷了處日系廠商外所以電動車的IGBT，而日系比如豐田，其混動車的IGBT都是自己完成的，也是全球唯一能自產IGBT的廠商。 這回你明白比亞迪實現大規模量產IGBT的意義了吧。 剛攻克的技術，為何被碳化硅取代了？ 其實碳化硅（SiC）是下一代IGBT，碳化硅“取代”IGBT只是正常的技術上的更迭。碳化硅的優勢很明顯，近其通態阻抗（就是半導體器件在導通狀態下的電阻）為通常硅器件的十分之一，本身發熱量小,導致用其制作的器件的導熱性能極優。還有,碳化硅功率器件可在400℃的高溫下正常工作。其可利用體積微小的器件控制很大的電流。工作電壓也高得多。 ▲ 比亞迪 SiC 模塊 碳化硅的研究依舊是日本人領先，比如三菱等大廠現在可以做到量產碳化硅元件，豐田在2013年就 建立了碳化硅半導體試制線，預計2021年旗下的混動車和氫燃料電池車就全面使用碳化硅。不過比亞迪也很努力了，他們已經成功研發了SiC MOSFET，有望于2019年推出搭載SiC電控的電動車。預計到2023年實現SiC基車用功率半導體對硅基IGBT的全面替代。 目前限制SiC應用主要是兩方面，第一個當然是價格，其價格是傳統Si型IGBT的6倍。其次是電磁干擾，當然也有工藝方面等難以攻克的問題。 點評 好的，以上就是IGBT和其下一代碳化硅的基本信息，其實這些內容更多的涉及到新材料、半導體等方面的知識在新能源汽車領域的應用，所以我們十分歡迎更加專業的朋友們在評論區交流，大家一起學習吧。
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