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98%依赖进口 国内车用IGBT如何抢滩百亿级市场?

曾雪花 · 2018-07-03

摘要: 我国新能源汽车用IGBT基本采用国外进口,这直接导致我国电机控制器成本比国外高1.2-1.8倍。

此前,高工电动车网曾经详解过电机控制器技术的组成及市场情况(详细戳此了解),IGBT模块作为核心高压控制开关组件,其成本占电控总成本的40%以上,而我国新能源汽车用IGBT基本采用国外进口,这直接导致我国电机控制器成本比国外高出许多。

对此,多位电机控制器企业领导也曾表示,由于我国电机控制器大部分元器件都采用进口,采购成本相比国外高2-3倍,导致我国电机控制器的成本比国外高1.2-1.8倍。

那么,目前我国车用IGBT芯片和模块究竟处于什么样的市场格局?其未来市场趋势又将如何发展?

一.什么是 IGBT?

IGBT是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,具备高输入阻抗、高速开关特性、导通状态低损耗等特点。

当前,市场上销售的多为IGBT模块化产品,即将多个IGBT集成封装在一起。未来,车用IGBT模块的发展趋势将往体积更小、效率更高、可靠性更高等方面发展。

二.市场格局

国内 70%以上的 IGBT 器件市场,尤其是高端高功率半导体依然主要被英飞凌、 三菱、仙童、 东芝、富士、SEMIKRON、 Sanken、 IXYS、 ST 等美日企业占据, 比亚迪、中车时代电气等企业通过自建或收购海外 IGBT 产能分享了剩余的市场。

其中,由于车用IGBT的散热效率等要求比工业级要高许多,我国新能源汽车用IGBT芯片98%以上来自进口,进口费用十分高企。

另外,需要特别提及的是,除了日系车企之外,新能源汽车用IGBT市场基本被英飞凌垄断,英飞凌所占的市场份额大约在7成左右。其中,国内电机控制器所用IGBT基本来源于英飞凌。

三.国内车用IGBT与国外的差距

目前,我国车用IGBT技术才刚刚起步, 芯片和模块在国内尚未完全形成产业布局,高端市场占有率仍与外资品牌存在较大差异。

总体来看,IGBT是能源变换与传输的核心器件,俗称电力电子装置的“CPU”。目前,国际先进国家IGBT产品已经发展到7.5代,同时IGBT的下一代Sic技术也已经在日本全面普及。

但是,我国车用IGBT模块由于起步较晚,且核心技术、原材料等受制于国外,导致目前我国车用IGBT技术还停留在第三代水平,与国际技术相差20年以上。

四.市场前景

IGBT是新能源汽车驱动系统和充电系统的核心功能器件,根据相关数据统计显示,特斯拉Model X使用了132个IGBT管(单管),均由英飞凌提供,每个IGBT单管的价格约为4-5美元,合计大约650美元。如果改用IGBT模块的话,则需要12-16个模块,成本大约在1200-1600美元。

在新能源汽车快速发展的大趋势下,GGII预计,国内新能源汽车和充电桩市场将带动200亿IGBT模块的需求。

五.未来发展趋势

目前,市场上所用的IGBT一般以Si(硅)等为主要材料。业内人士纷纷认为,以SiC IGBT为代表的碳化硅器件是未来新能源汽车电驱动系统发展的关键技术,是实现高温、高效、高速运行的重要途径。

与此同时,相关机构预测,未来5年新能源汽车和充电桩将带动我国IGBT模块200亿的市场需求,而SiC IGBT有望取代传统IGBT,抢占这巨大的市场蛋糕。

据了解,第一代、第二代功率半导体材料是硅(si)和砷化镓(GaAs),并已经实现广泛应用。但是,以SI等为材料的IGBT电压范围是600-6500V之间,随着电压、温度、频率、功率等指标的大幅提高,传统SI材料IGBT已经无法胜任。

为此,以碳化硅(SiC)等为代表的第三代半导体材料,具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、开关损耗小、频率高、功率大等优势,是同等硅器件耐压的10倍,能够减低系统尺寸和运行成本。目前成为了全球半导体技术研究前沿和产业竞争的焦点。

以下是SiC的性能特点:

1.碳化硅能够很好地提高功率器件的工作频率。据悉,碳化硅的击穿电场强度是硅的10倍,其电子饱和漂移速度也是硅的两倍。

2.损耗低。与Si器件相比,SiC器件只需要更小的芯片面积就可以实现相同的输出功率,且损耗较低。

3.效率高。据了解, SiC器件的转换效率将可以得到明显提升,为此也可以更有效地提升整车续航里程。

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六.SiC IGBT面临的挑战

1.价格较高。尽管SiC具备巨大的性能优势,但目前其成本却比传统硅材料高5-6倍。不过,随着技术的进步,业内人士认为未来几年内,SiC的成本将急剧下降,并在电动汽车领域进行广泛应用。

2.热设计。由于单个SiC芯片的面积较小,为了实现大功率输出,往往需要并联使用更多的芯片数目。为此,如何对模块内部的芯片进行合理设计,并保证各个芯片之间的热平衡,是目前面临的巨大挑战。

3.技术和工艺相对滞后。由于SiC器件还在发展阶段,其封装技术、工艺等都相对滞后。

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标签: 车用IGBT 电机控制器 新能源汽车

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