技術科普帖：電動汽車上的IGBT是什麽？有什麽作用？

2018年12月，比亞迪發布了在車規級領域的IGBT 4.0技術，此前這項技術及零組件基本都被國外的企業所壟斷。而發布此項技術之後，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。今天就跟大家聊聊IGBT和相關的事吧。

什麽是IGBT？它是幹什麽的？

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？但家裡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其實離我們並不遙遠，就算你家裡沒有汽車，有些很常用的東西裡也有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。

當然他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麽高的電壓，二是開關速度沒有IGBT快，IGBT一秒鐘可以開關幾萬次。

IGBT在電動車裡幹什麽？

IGBT主要應用於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）後驅動汽車電機；

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，並且長期被外國供應商壟斷

據悉，IGBT約佔電機驅動系統成本的一半，而電機驅動系統佔整車成本的15-20%，也就是說IGBT佔整車成本的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，怎麽就被碳化矽取代了?

其實碳化矽（SiC）是下一代IGBT，碳化矽“取代”IGBT只是正常的技術上的更迭。碳化矽的優勢很明顯，近其通態阻抗（就是半導體器件在導通狀態下的電阻）為通常矽器件的十分之一，本身發熱量小,導致用其製作的器件的導熱性能極優。還有,碳化矽功率器件可在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

碳化矽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矽元件，豐田在2013年就建立了碳化矽半導體試製線，預計2021年旗下的混動車和氫燃料電池車就全面使用碳化矽。不過比亞迪也很努力了，他們已經成功研發了SiC MOSFET，有望於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矽基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。

邦點評

好的，以上就是IGBT和其下一代碳化矽的基本信息，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和邦老師在評論區交流，大家一起學習吧。