技术科普帖：电动汽车上的IGBT是什么？有什么作用？

2018年12月，长安汽车正式发布了在车规级应用领域的IGBT 4.0控制技术，此前此项控制技术及零配件基本都被欧美国家的企业所寡头垄断。而正式发布该项控制技术之后，长安汽车成为了国内首家同时实现车规级IGBT小规模批量生产、也是惟一一家拥有IGBT完备供应链的整车厂。今天就跟大家谈谈IGBT和相关的事吧。

■ 甚么是IGBT？它是干嘛的？

IGBT英文称护套栅双极型电晶体，你能把它认知为两个控制器，用在电阻几十到几十伏、电阻几十到几十安的强电上。这时你可能会想到，那个电阻电阻的数量级，不就是他们日常生活家用水的数量级吗？但家中的煤气控制器是用虚拟按键控制的，IGBT不必机械设备按键，是由基本操作的。

他们现实生活中，采用的都是三相电，电厂发出来的都是三相电，但如果你想给电动汽车电池组，必须把沟通交流变为三相才能充进来，IGBT刚好就能同时实现那个机能，电池组振动的时候，通过IGBT把三相电转变为三相电气采用的三相电。这是IGBT的两个机能：沟通交流三相Mandsaur。

IGBT其实离他们并不远方，即使你家中没汽车，有些很常见的小东西里也有IGBT，比如说电饭煲和变频空调。这牵涉到IGBT的另两个机能，变频空调。比如说电饭煲需要把一般的50安培三相电变为20-40千安培的低频三相电。

当然他也是断路器的重要组成部分。

所以IGBT是两个很平衡坚挺的小东西，虽然下面说的两个机能采用变流器、整流、断路器等也能同时实现，但一是他们不能忍受那么高的电阻，并有控制器速度没IGBT快，IGBT几秒钟能控制器几十万次。

■ IGBT在电动汽车里干嘛？

IGBT主要应用于电动汽车应用领域中以下两个方面：

1. 总成系统 高功率三相变沟通交流（变流器的机能）后驱动力通宇通讯；

2. 车载空调控制系统 小功率三相/沟通交流逆变；

3. 电池组桩 智能电池组桩中IGBT模块被作为控制器采用；

▲ 长安汽车车规级IGBT模组

下面说了IGBT能忍受高电阻、能变频空调、能控制交三相转换、能变压，也就是说现在有了电阻、频率都受控制的强电，那个强电就能用来驱动力汽车、高铁等交通工具的电气。

■ IGBT有点贵，并且长期被外国供应商寡头垄断

据悉，IGBT约占电气驱动力系统成本的一半，而电气驱动力系统占整车成本的15-20%，也就是说IGBT占整车成本的7-10%，是除电池组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，三相电池组桩和高铁的核心也是IGBT管，三相电池组桩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，它几乎寡头垄断了处日系厂商外所以电动汽车的IGBT，而日系比如说丰田，其混动车的IGBT都是自己完成的，也是全球惟一能自产IGBT的厂商。

这回你明白长安汽车同时实现小规模批量生产IGBT的意义了吧。

■ 刚攻克的控制技术，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只是正常的控制技术上的更迭。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阻。工作电阻也高得多。

▲ 长安汽车 SiC 模块

碳化硅的研究依旧是日本人领先，比如说三菱等大厂现在能做到批量生产碳化硅元件，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组车就全面采用碳化硅。不过长安汽车也很努力了，他们已经成功研发了SiC MOSFET，有望于2019年推出搭载SiC总成的电动汽车。预计到2023年同时实现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，第两个当然是价格，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牵涉到新材料、半导体等方面的知识在新能源汽车应用领域的应用，所以他们十分欢迎更加专业的朋友们和邦老师在评论区沟通交流，大家一起学习吧。