电动车上的IGBT是什么？

帅帅帅帅帅

2018年12月，比亚迪发布了在车规级领域的IGBT 4.0技术，此前这项技术及零部件基本都被国外的企业所垄断。而发布此项技术之后，比亚迪成为了国内第一家实现车规级IGBT大规模量产、也是唯一一家拥有IGBT完整产业链的车企。今天就跟大家聊聊IGBT和相关的事吧。

■ 什么是IGBT？它是干什么的？

IGBT中文称“绝缘栅双极型晶体管”，你可以把它理解为一个开关，用在电压几十到几百伏、电流几十到几百安的强电上。这时候你可能会想到，这个电压电流的量级，不就是我们日常家用电的量级吗？但家里的电灯开关是用实体按钮控制的，IGBT不用机械按钮，是由计算机控制的。

我们日常生活中，使用的都是交流电，发电厂发出来的都是交流电，但如果你想给电动车充电，必须把交流变成直流才能充进去，IGBT正好就能实现这个功能，电池放电的时候，通过IGBT把直流电转变成交流电机使用的交流电。这是IGBT的一个功能：交流直流互转。

IGBT其实离我们并不遥远，就算你家里没有汽车，有些很常用的东西里也有IGBT，比如电磁炉和变频空调。这涉及到IGBT的另一个功能，变频。比如电磁炉需要把普通的50赫兹交流电变成20-40千赫兹的高频交流电。

当然他也是变压器的组成部分。

所以IGBT是一个很“均衡强势”的东西，虽然上面说的几个功能使用逆变器、整流器、变压器等也能实现，但一是他们不能承受那么高的电压，二是开关速度没有IGBT快，IGBT一秒钟可以开关几万次。

■ IGBT在电动车里干什么？

IGBT主要应用于电动汽车领域中以下几个方面：

1. 电控系统 大功率直流变交流（逆变器的功能）后驱动汽车电机；

2. 车载空调控制系统 小功率直流/交流逆变；

3. 充电桩 智能充电桩中IGBT模块被作为开关使用；

▲ 比亚迪车规级IGBT模组

上面说了IGBT可以承受高电压、可以变频、可以控制交直流转换、可以变压，也就是说现在有了电压、频率都受控制的强电，这个强电就可以用来驱动汽车、高铁等交通工具的电机。

■ IGBT有点贵，并且长期被外国供应商垄断

据悉，IGBT约占电机驱动系统成本的一半，而电机驱动系统占整车成本的15-20%，也就是说IGBT占整车成本的7-10%，是除电池之外成本第二高的元件，也决定了整车的能源效率。

▲ 2016-2020年IGBT应用收入

不仅是新能源车，直流充电桩和高铁的核心也是IGBT管，直流充电桩30%的原材料成本就是IGBT。电力机车一般需要 500 个 IGBT 模块，动车组需要超过 100 个 IGBT 模块，一节地铁需要 50-80 个 IGBT 模块。

著名的IGBT供应商是英飞凌，它几乎垄断了处日系厂商外所以电动车的IGBT，而日系比如丰田，其混动车的IGBT都是自己完成的，也是全球唯一能自产IGBT的厂商。

这回你明白比亚迪实现大规模量产IGBT的意义了吧。

■ 刚攻克的技术，怎么就被碳化硅取代了?

其实碳化硅（SiC）是下一代IGBT，碳化硅“取代”IGBT只是正常的技术上的更迭。碳化硅的优势很明显，近其通态阻抗（就是半导体器件在导通状态下的电阻）为通常硅器件的十分之一，本身发热量小,导致用其制作的器件的导热性能极优。还有,碳化硅功率器件可在400℃的高温下正常工作。其可利用体积微小的器件控制很大的电流。工作电压也高得多。

▲ 比亚迪 SiC 模块

碳化硅的研究依旧是日本人领先，比如三菱等大厂现在可以做到量产碳化硅元件，丰田在2013年就 建立了碳化硅半导体试制线，预计2021年旗下的混动车和氢燃料电池车就全面使用碳化硅。不过比亚迪也很努力了，他们已经成功研发了SiC MOSFET，有望于2019年推出搭载SiC电控的电动车。预计到2023年实现SiC基车用功率半导体对硅基IGBT的全面替代。

目前限制SiC应用主要是两方面，第一个当然是价格，其价格是传统Si型IGBT的6倍。其次是电磁干扰，当然也有工艺方面等难以攻克的问题。

■ 邦点评

好的，以上就是IGBT和其下一代碳化硅的基本信息，其实这些内容更多的涉及到新材料、半导体等方面的知识在新能源汽车领域的应用，所以我们十分欢迎更加专业的朋友们和邦老师在评论区交流，大家一起学习吧。

阅读全文