IGBT和替換品碳化硅到底是什么？

一直以來，很多人都認為新能源汽車的關鍵是電池，甚至“三電”之中，電池始終排在**位，但事實上，新能源汽車，尤其是中國新能源汽車發展*有提升空間的，當屬驅動電機。

2018年12月16日，在中國電動汽車百人會論壇媒體吹風會上,中國電動汽車百人會執行副理事長歐陽明高院士結合《“十三五”新能源汽車重點專項》年度總結，介紹了有關新能源汽車技術的發展情況，在驅動電機方面，歐陽明高指出：碳化硅將取代IGBT。

等等，IGBT是什么?碳化硅又是什么? 與驅動電機是什么關系?

IGBT是什么?

發明于上個世紀 80 年代初的IGBT，學名絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor)，是國際上公認的電力電子技術第三次*具代表性的產品。

形象地說，IGBT是一個控制電能的上等開關，能決定整車的能源效率;簡單點理解，它就是電力電子行業里的“CPU”。

一般而言，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*貴的部件。

不僅電機驅動要用IGBT，新能源的發電機和空調部分也需要IGBT。不僅是新能源汽車，直流充電樁和機車(高鐵)的核心也是IGBT管，直流充電樁30%的原材料成本就是IGBT。

中國IGBT發展

這么重要的高科技，在中國是怎么樣的呢?

如你所料，長期以來，IGBT的核心技術都掌握在歐美和日韓手里。為了實現技術突破，“十二五”期間國家16個重大技術突破專項中，排在**位的就是IGBT。

2008年，中車時代電氣股份有限公司收購了世界上*早進行IGBT技術研發的英國丹尼克斯半導體公司75%的股權。

2009年9月，比亞迪IGBT芯片通過了中國電器工業協會電力電子分會組織的科技成果鑒定。

2014年，中車株洲所造出了具有完全知識產權的8英寸IGBT芯片，從此中國高鐵和新能源汽車開始有了“中國心”。

2015年，中車IGBT變流器**出口海外，拿到了印度100輛機車的訂單。

2018年3月，中車時代電氣IGBT模塊擊敗國際競爭對手，再次獲得印度1000只訂單。

除了印度、中車自主的IGBT芯片還在馬來西亞;在俄羅斯、意大利及中歐市場有了小批量訂單。

2018年12月10日，比亞迪發布了IGBT4.0技術，據介紹，該產品具有更大的輸出功率、更小的綜合損壞，更高的可靠性，以及更長的使用壽命。

中外IGBT差距

正因為有了中車、比亞迪和眾多企業堅持不懈的攻關和研發，中國IGBT關鍵核心器件已經被攻克，而且市場份額不斷上升，據歐陽明高院士介紹：到2018年，大約40%的IGBT來自中國企業。

但實際上，我們的差距還是比較明顯的。中國IGBT的發展之路勢必充滿荊棘。

據2016年國際調研機構公布的報告，德國英飛凌以全球24.5%的份額居榜首，日本三菱電機以24.4%的份額位列全球**，富士電機(FujiElectric)以12.2%的占有率奪得季軍。

此外，日本的日立、東芝，美國的仙童、歐洲的賽米控(西門康)、ABB等都在國際上排名靠前。中車大概位列第十名左右。

那么，我們的IGBT和國外先進的IGBT相比，差距在哪里呢?

首先，從技術、工藝、效率、材料等多個方面，我們都還是有明顯不足的。舉例來說，比亞迪有自己的IGBT,比亞迪經濟型車使用的是自有的IGBT，但優異車型會采用進口產品，因為進口產品電耗會更低一點。

具體點說，IGBT的技術關鍵有兩點，一是散熱，二是背板工藝。而其中*關鍵的材料科學，是中國的薄弱點，日本的優越項。

IGBT的下一代SiC(碳化硅)

日本更優越的技術是碳化硅。

豐田曾經公開表示：SiC具有與汽油發動機同等的重要性。從上世紀80年代開始，豐田就在研究SiC，比國際同行提前30年。

是什么原因讓豐田這么重視碳化硅呢?畢竟目前SiC材料的成本據估算是IGBT的8-10倍。

因為碳化硅是一個更先進的做控制器的電力電子芯片，可以通過大幅度提高電機的轉速實現電機比功率的升高，它的頻率和效率可以做到很高、體積可以非常小，比現在的IGBT要減少大概70—80%。

參照美國能源部2025年目標，電機的功率密度是50千瓦/升，碳化硅控制器是100千瓦/升。

碳化硅還具有在高頻率時損耗低的優勢，能將車輛的效率再提高10%左右，這還意味著續航里程可以得到同樣的提升，電池成本有可能大幅下降。

在應用方面，特斯拉Model3使用的控制器就是碳化硅，比亞迪也宣布已投入巨資布局第三代半導體材料SiC。此外，國內還有多家團隊開始產業化。

估陽明高院士估計，到2025年會碳化硅將取代IGBT。這個時間表，中國將與世界同步。