比亚迪IGBT4.0打破国际核“芯”技术垄断,开创“中国芯”

近年来,我国政府为了实现可持续发展的战略方针,一直通过政策扶持,大力推进新能源产业发展,鼓励新能源核心技术创新突破。

IGBT和动力电池作为新能源的核心技术难点,由于设计门槛高、制造技术难,投资成本高,长期以来一直被称为新能源汽车核心技术的“珠穆朗玛峰”很难被攻克。然而以比亚迪和宁德时代为代表的龙头企业,在动力电池技术的研发和生产上已经较有建树,获得了市场的广泛认可。然而IGBT作为新能源汽车的核心零部件,长时间以来却一直被日本、欧洲为首的国外厂商垄断。预计2018-2022年,全球电动车年复合增长率达30%,但同期车规级IGBT市场的年复合增长率仅为15.7%。可以预见,未来几年全球车规级IGBT市场的供应将愈加紧张,可谓是“一芯难求”,严重制约了我国新能源汽车产业大规模商业化的发展。


比亚迪IGBT4.0打破国际核“芯”技术垄断,开创“中国芯”

IGBT芯片

【IGBT定义】


面对如此尴尬的局面,大家难免发问,IGBT究竟是个什么鬼,竟然难倒了我泱泱大国的各路英雄汉。所谓IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)学名叫做绝缘栅双极型晶体管,是一种大功率的电力电子器件,主要用在进行电力变换的装置设备中,在汽车应用中主要是将直流电逆变成频率可调的交流电,俗称电力电子装置的“CPU”。还真别小看了这个指甲盖大小的IGBT芯片,就这么个小玩意儿 ,成本仅次于电池,占第二高的地位,控制着整车的驱动系统直、交流电的转换,同时对交流电机进行变频控制,直接决定了扭矩(关系到汽车加速能力)、最大输出功率(关系到汽车最高速度)等影响车辆性能的关键性指标,影响着新能源车的动力释放。


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IGBT芯片

这么重要的小玩意儿,想我大中华人才济济,就真的突破不了这个技术瓶颈了么?当然不。此时此刻,小编就要骄傲的跟大家介绍一下我们的“民族英雄”比亚迪,这个为国争光且极具创新能力的存在了。早在2005年,比亚迪就组建了IGBT研发团队,正式布局IGBT产业。2009年9月,第一代IGBT芯片研发成功,成功通过中国电器工业协会电力电子分会组织的科技成果鉴定。IGBT1.0的发布,标志着中国在IGBT芯片技术上实现零的突破,打破了国际巨头的技术垄断。到了2012年,IGBT2.0芯片迭代发布,2015年IGBT2.5芯片再次获得优化,而今比亚迪新能源汽车所搭载的IGBT4.0芯片是于2017年正式研发成功。厚积而薄发,比亚迪经过了十多年的技术钻研积累,持之以恒深耕IGBT产业,如今已经成为中国唯一一家拥有完整产业链的车企(包含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)。


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就这样,经过几代技术升级,比亚迪全新一代车规级IGBT4.0已经成为业界标杆性产品,成就比亚迪新能源产品的超凡特性。经过小编的一番了解,IGBT4.0在诸多关键技术指标上都是十分领先的,接下来小编就为大家一一说明。


【损耗小,电控效率高】


首先比亚迪IGBT4.0芯片的晶圆厚度薄,所以损耗小,电控效率高。要知道,IGBT损耗是整个电控的最主要能耗,在大规模应用的1200V车规级IGBT芯片的晶圆厚度上,IGBT4.0的晶圆厚度已经减薄到120um,大约也就是两根头发丝直径加起来的厚度。同等工况下,综合损耗较当前市场主流的IGBT降低了约20%。这意味着电流通过IGBT器件时,受到的阻碍降低,使得整车电耗显著降低。这样低的损耗显然已经达到了国际领先的水平,代表了电控效率提升到了新的高度,可以有效的提升电动续航节约电能。以比亚迪全新一代唐为例,在其他条件不变的情况下,仅此一项技术,就可将百公里电耗降低约3%。


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【电流输出能力强,车辆加速能力强】


其次,IGBT4.0电流输出能力较当前市场主流的IGBT高15%(电机功率及扭矩提升15%),支持整车具有更强的加速能力和更大的功率输出能力。


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【温度循环能力强,节温提升,性能稳定可靠】


再者,由于比亚迪 IGBT4.0搭载的V315封装模所用的封装材料——AlSiC(铝碳化硅)可以有效提高温度循环能力。经过严格的测试鉴定,IGBT4.0的温度循环能力可以做到行业主流产品10倍以上(冷车热车循环多次不易损坏,IGBT寿命提高)。节温从150℃提升到175℃(耐热增强),极端条件应用不易损坏,能保持较高的坚固性,使用的更长久要知道AlSiC(铝碳化硅)一般都用于航空领域,被定义为航空级别散热材料,如此高大上又有内涵的黑科技材料,凭借其热膨胀低,并且能够直接液体冷却的特点,将比亚迪IGBT4.0的性能推向稳定可靠的新高度,使得比亚迪新能源汽车可以在各种极端气候和路况的条件下仍能表现得游刃有余,出色且从容。要知道,比亚迪每年都会对产品进行全球最严苛的自然环境测试,从七八月酷热的新疆吐鲁番(地表温度最高可达88摄氏度),到牙克石的极寒、再到西藏高原的高海拔等,确保产品经得起考验,全力以赴为消费者打造出最有诚意的产品,用匠心和实力赢得市场的尊重。


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【半导体材料】


虽然IGBT4.0已经使比亚迪在新能源领域获得了领先地位,但以其前瞻性的战略眼光,追求卓越当然不会就此止步。随着新能源产业的不断发展,电动车性能的不断提升,对功率半导体组件的要求也会不断提高。由于现在IGBT已经发展到逼近Si(硅)材料的性能极限,学界和业界也逐步认识到,寻求芯片损耗更低、电流输出能力更强、更耐高温的全新半导体材料已经势在必行。


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第三代半导体材料SiC


比亚迪正是抢先意识到了这一点,所以顺势而为,率先投入巨资,布局性能更加优异的第三代半导体材料SiC(碳化硅)。与此同时,也将整合材料(高纯碳化硅粉)、单晶、外延、芯片、封装等SiC基半导体全产业链,进一步降低SiC器件的制造成本,加快其在电动车领域的应用。如今比亚迪已成功研发SiC MOSFET(汽车功率半导体包括基于硅或碳化硅等材料打造的IGBT或 MOSFET等)。预计到2023年,比亚迪将采用SiC基半导体全面替代硅基半导体(如硅基IGBT),将整车性能在现有基础上再提升10%。


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正是在这样优秀技术的加持下,比亚迪新能源汽车销量一直领跑市场,高性能产品更是层出不穷。比亚迪全新一代唐更是跑出了百公里加速4.3秒的好成绩,最大功率441kw,峰值扭矩高达950Nm,可达到怪兽级动力性,可以和赛车比肩。除了霸气的动力性能,全新一代唐的纯电动款续航里程可达520km,续航里程相较同级别产品遥遥领先,一经上市便供不应求。正是由于比亚迪IGBT在其自家产品上的批量应用后的出色表现,现如今比亚迪IGBT芯片产量迅猛攀升,比亚迪IGBT芯片晶圆的产能已经达到5万片/月,预计明年可达到10万片/月,一年可供应120万辆新能源车,随着IGBT芯片的性能升级,想必比亚迪旗下的新能源产品的性能也会更加出色。

正是有了比亚迪这样具有创新能力的自主良心企业,我国才能研发出具有自主知识产权的IGBT产品,打破欧美和日本巨头对IGBT的技术垄断。随着IGBT的量产以及大批量供应,中国已逐步实现和欧洲、日本三分天下。而正是有了IGBT4.0这样的“中国芯做后盾”,我国的新能源产业才能高枕无忧,加速逆袭。未来,相信比亚迪将以逐步强大的“中国芯”带领新能源技术推陈出新,促进我国新能源产业健康、快速、可持续发展,助力中国梦。



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