總功耗降低20%，IGBT這家企業(yè)走在了最前列

電車匯消息：提到比亞迪，大家很容易聯(lián)想到的就是汽車，尤其是新能源汽車。比亞迪在今年前11個(gè)月累計(jì)銷售純電動(dòng)乘用車82258輛，插電混動(dòng)乘用車107884輛，并且還銷售了11019輛新能源商用車，可以說，在新能源汽車領(lǐng)域，比亞迪成績(jī)斐然。

與其他車企不同的是，比亞迪新能源汽車的核心零部件均為自產(chǎn)，大到像電池、電機(jī)和電控這樣的部件，小到IGBT模塊，比亞迪都是自己研發(fā)的。

電池、電機(jī)、電控這些零部件的確是更多的被人提起，IGBT則很少為人所知了。在過去相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里，IGBT的核心技術(shù)始終掌握在國(guó)外廠商手里，中高端IGBT市場(chǎng)90%的份額被國(guó)際巨頭壟斷，導(dǎo)致“一芯難求”，成為制約我國(guó)電動(dòng)車行業(yè)健康、快速發(fā)展的主要瓶頸。

而比亞迪在十多年前就開展了這一技術(shù)的攻關(guān)，研發(fā)出了自己的IGBT，打破國(guó)際巨頭對(duì)的技術(shù)壟斷；昨日（12月10日），比亞迪又在寧波發(fā)布了在車規(guī)級(jí)領(lǐng)域具有標(biāo)桿性意義的 IGBT4.0 技術(shù)，再次將堪稱電動(dòng)車CPU的核心技術(shù)帶到了“聚光燈”下。據(jù)電車匯了解，比亞迪是目前中國(guó)第一家實(shí)現(xiàn)車規(guī)級(jí) IGBT 大規(guī)模量產(chǎn)、也是唯一一家擁有 IGBT 完整產(chǎn)業(yè)鏈的車企。

IGBT在電動(dòng)汽車上的用途

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 全稱“絕緣柵雙極型晶體管”，是一種大功率的電力電子器件，主要用于變頻器逆變和其他逆變電路，將直流電壓逆變成頻率可調(diào)的交流電。對(duì)于電動(dòng)車而言，IGBT 直接控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)直、交流電的轉(zhuǎn)換，同時(shí)對(duì)交流電機(jī)進(jìn)行變頻控制，IGBT的好壞直接決定了車輛的扭矩和最大輸出功率。

簡(jiǎn)單來講，IGBT是車內(nèi)電能的轉(zhuǎn)換器，把電池系統(tǒng)的電能轉(zhuǎn)換成適合的大小從而來驅(qū)動(dòng)各個(gè)零部件（包括電機(jī)、空調(diào)等等）的工作，對(duì)于提高車輛的用電效率能起到關(guān)鍵的作用。

IGBT的技術(shù)難點(diǎn)

IGBT的研發(fā)制造難度極高。IGBT芯片僅有人的指甲大小，但卻要在其上蝕刻十幾萬乃至幾十萬的微觀結(jié)構(gòu)電路，僅能在顯微鏡下查看。

IGBT芯片設(shè)計(jì)難度高。IGBT雖然是一個(gè)開關(guān)器件，但涉及到的參數(shù)多達(dá)十幾個(gè)，很多參數(shù)之間是相互矛盾，需要根據(jù)應(yīng)用折衷考慮。

晶圓制造工藝難度大。最主要體現(xiàn)在薄片加工處理上。采用最新的1200V FS技術(shù)的IGBT，需要將晶圓減薄到120um（約兩根頭發(fā)絲直徑）的厚度，再進(jìn)行10余道工序加工。

晶圓制造的廠房潔凈度要求非常高，需要一級(jí)凈化。一個(gè)零點(diǎn)幾微米的微塵掉落在晶圓上，就會(huì)造成一顆IGBT芯片失效。

比亞迪IGBT的研發(fā)歷程

長(zhǎng)期以來，IGBT的核心技術(shù)始終掌握在國(guó)外廠商手里。為了攻克這些技術(shù)難題，比亞迪率先開展了相關(guān)研究。

昨晚比亞迪發(fā)布的 IGBT 4.0 已經(jīng)可以達(dá)到與國(guó)際主流水平一較高下的水平了。而回顧比亞迪 IGBT 的研發(fā)歷程，從 2005 年開始，到今年已經(jīng)走過了 13 個(gè)年頭。用比亞迪第六事業(yè)部總經(jīng)理陳剛的話來說，IGBT 并不是靠砸錢就能砸出來的。

2005 年比亞迪組建 IGBT 研發(fā)團(tuán)隊(duì)，正式布局 IGBT 產(chǎn)業(yè)；

2007 年建立 IGBT 模塊生產(chǎn)線，完成首款電動(dòng)汽車 IGBT 模塊樣品組裝；

2008 年投資建立晶圓工廠，同一年比爾蓋茨到訪了解比亞迪 IGBT 產(chǎn)品；

2009 年比亞迪 IGBT 1.0 芯片研發(fā)成功，通過中國(guó)電力電子協(xié)會(huì)組織的科技成果鑒定；

2010 年自主研發(fā)的 IGBT 產(chǎn)品批量供貨給自家的新能源汽車 F3DM；

2011 年自主研發(fā)的 IGBT 芯片開始在純電動(dòng)汽車e6上批量裝車；

2012 年全球首創(chuàng)將航空航天級(jí) AlSiC（碳化硅鋁）材料大批量用于車用 IGBT 模塊，同年 IGBT 2.0 芯片成功；

2013 年搭載 IGBT 2.0 芯片的模塊通過汽車全面認(rèn)證；

2014 年搭載 IGBT 2.0 芯片的模塊在e6、K9等新能源車型上批量裝車；

2015 年 IGBT 芯片研發(fā)成功，首款大巴專用IGBT模塊研發(fā)成功；

2016 年搭載 IGBT 2.5 芯片的模塊批量裝車，同年IGBT模塊工廠通過標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證；

2017 年 IGBT 4.0 芯片研發(fā)成功，同年首款雙面水冷IGBT模塊研發(fā)成功；

2018 年搭載 IGBT 2.5 芯片的模塊開始批量外供，同年搭載IGBT 4.0芯片的模塊順利裝車；

2019 年將推出搭載SiC（碳化硅）電控的電動(dòng)車；

目前，比亞迪是中國(guó)唯一一家擁有IGBT完整產(chǎn)業(yè)鏈的車企：包含IGBT芯片設(shè)計(jì)和制造、模組設(shè)計(jì)和制造、大功率器件測(cè)試應(yīng)用平臺(tái)、電源及電控等。

比亞迪打破IGBT市場(chǎng)格局

相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，傳統(tǒng)IGBT市場(chǎng)90%已經(jīng)被歐美、日本國(guó)際巨頭占據(jù)。大多數(shù)IGBT廠商都涉足該領(lǐng)域有數(shù)十年之久。國(guó)外研發(fā)IGBT器件的公司主要有英飛凌、ABB、三菱、西門康、日立、富士、TOSHIBA、IXYS和APT公司等，其IGBT技術(shù)成熟，已實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模商品化生產(chǎn)，IGBT產(chǎn)品電壓規(guī)格涵蓋600V-6500V，電流規(guī)格涵蓋2A-3600A，形成了完善的IGBT產(chǎn)品系列。其中，西門康、仙童（被安森美收購）等企業(yè)在1700V及以下電壓等級(jí)的消費(fèi)級(jí)IGBT領(lǐng)域處于優(yōu)勢(shì)地位；ABB、英飛凌、三菱電機(jī)在1700V-6500V電壓等級(jí)的工業(yè)級(jí)IGBT領(lǐng)域占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，3300V以上電壓等級(jí)的高壓IGBT技術(shù)更是被英飛凌、ABB、三菱三家公司所壟斷，它們代表著國(guó)際IGBT技術(shù)最高水平。

然而，此次比亞迪推出的IGBT4.0，在諸多關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)上都優(yōu)于當(dāng)前市場(chǎng)主流產(chǎn)品，例如：

1、電流輸出能力較當(dāng)前市場(chǎng)主流的IGBT高15%，支持整車具有更強(qiáng)的加速能力和更大的功率輸出能力。

2、同等工況下，綜合損耗較當(dāng)前市場(chǎng)主流的IGBT降低了約20%。這意味著電流通過IGBT器件時(shí)，受到的損耗降低，使得整車電耗顯著降低。

3、溫度循環(huán)壽命可以做到當(dāng)前市場(chǎng)主流IGBT的10倍以上。這意味著比亞迪電動(dòng)車在應(yīng)對(duì)各種極端氣候、路況時(shí)，能有更高的可靠性和更長(zhǎng)的使用壽命。

掌握核心技術(shù)的帶來的優(yōu)勢(shì)

得益于較早進(jìn)行電動(dòng)汽車相關(guān)核心技術(shù)的研發(fā)，比亞迪的很多市場(chǎng)策略都走在了行業(yè)前列。

2008年，比亞迪推出全球首款量產(chǎn)的插電式混合動(dòng)力汽車F3DM。這是全球第一款上市的不依賴專業(yè)充電站的雙模電動(dòng)車，搭載了全球首創(chuàng)的雙動(dòng)力混合系統(tǒng)（EV+HEV）。

2010年5月，850輛比亞迪e6純電動(dòng)出租車陸續(xù)在深圳投放運(yùn)營(yíng)，成為國(guó)內(nèi)首個(gè)批量投入運(yùn)營(yíng)的純電動(dòng)出租車隊(duì)。2017年底，深圳已累計(jì)推廣應(yīng)用純電動(dòng)出租車近1.3萬輛，占全市所有出租車近65%，成為全球純電動(dòng)出租車規(guī)模最大、應(yīng)用最廣的城市。

2010年5月，約800輛K9純電動(dòng)巴士開始陸續(xù)在深圳投放。至2017年12月，深圳推廣各類純電動(dòng)巴士16359輛，除保留少部分非純電動(dòng)車作為應(yīng)急運(yùn)力外，實(shí)現(xiàn)了全市專營(yíng)公交車輛的電動(dòng)化。近8年間，行駛路程最長(zhǎng)的比亞迪電動(dòng)巴士已經(jīng)運(yùn)行了423595公里，相當(dāng)于深圳往返寧波192次。2014-2017年，比亞迪連續(xù)四年位居純電動(dòng)大客車（長(zhǎng)度為10米及以上）全球銷量第一。

比亞迪在IGBT領(lǐng)域取得的成就讓電動(dòng)汽車的這一核心技術(shù)不再受制于人，而今IGBT4.0的推出，不僅能夠支撐比亞迪汽車在各項(xiàng)性能上領(lǐng)先，也讓中國(guó)的新能源汽車產(chǎn)業(yè)有了更多底氣。

文章摘自電車匯  20181211 發(fā)自北京