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电动汽车关键零部件IGBT发展现状及趋势分析
来源: 日期:2010/10/29 11:21:21 浏览次数:46

电动汽车关键零部件IGBT发展现状及趋势分析
1IGBT简介
  (1)IGBT(绝缘栅双极晶体管)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电力电子器件,既具有MOSFET的输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关速度高的优点,又具有双极功率晶体管的电流密度大、饱和压降低、电流处理能力强的优点。 
  (2)IGBT模块是由一个或多个IGBT芯片分别装在绝缘的衬底上,该衬底被固定在散热用的铜基板上。为便于系统组装,且保持模块内外的引线电感最小,模块中还安装有续流二极管。 
  (3)IGBT主要应用领域包括工业控制、消费电子产品、计算机和网络通信领域等,电动汽车是IGBT的新兴应用领域,对IGBT有新的要求。 
  车用IGBT环境条件以及可靠性需求见表5~4。工业级和车用级IGBT可靠性要求对比见表5~5。 
  2.国外发展情况传统IGBT生产厂家主要集中在欧、美、日。
  其中,英飞凌、富士电机、三 菱电机、西门康等企业专门针对车用IGBT展开研究并成功推出产品,能满足电动汽车需求,并在电动汽车上得到较为广泛的应用。 
  (1)英飞凌针对电动汽车推出Hybrid PACK系列IGBT模块,目前有Hybrid PACKl和HybridPACK2两种产品,最大功率为20kW和80kW,分别适用于轻混、全混汽车。另有Prime PACK系列IGBT模块,能满足更高的功率需求,可用于卡车和客车。 
  (2)富士电机产品在丰田混合动力凯美瑞上应用,其产品适用于10kW~120kW驱动电机系统。 
  (3)三菱电机主要生产IGBT模块,分立器件由瑞萨半导体(三菱电机与日立合资)生产。其车用IGBT产品已经应用到本田和丰田等汽车厂商的混合动力汽车上。 
  (4)西门康(Semikron)推出的无焊接IGBT模块,采用英飞凌的芯片,适用于电动汽车用的22~150kW电机控制器。 
  3.我国IGBT发展现状
  (1)我国IGBT刚刚起步,主要通过外购IGBT芯片,进行传统工业级标准模块的封装,主要企业有江苏宏微、南京银茂、嘉兴斯达、威海星佳、厦门宏发等公司。另有部分产业链下游企业通过收购介入功率半导体器件,如比亚迪和南车时代。部分企业已开始研究车用大功率IGBT模块。 
  (2)研发能力IGBT的核心技术包括芯片和模块封装两个方面。企业基本具备IGBT芯片设计能力,但缺乏生产制造能力,产业化尚待时日;企业通过引进国外设备和归国人才,目前已基本具备模块设计、封装、检测分析能力,可实现IG鄄BT模块的自主生产。 
  (3)产品情况现阶段我国IGBT模块一般集中在600V和1200V,电压等级更高的产品在研发中,主要应用领域为工业变频器、焊机、感应加热等。目前产品尚未能完全被国内客户所接受,正处于市场客户的认证期。企业也比较重视电动汽车领域,对车用IGBT模块进行研发,日前仅有少量样机应用,其产业化还有待产品技术的提升和市场的培育。
  4.我国IGBT存在的主要问题
  (1)IGBT芯片完全依赖进口,关键技术被国外大公司垄断,国内难以实现突破,成本难以降低。 
  (2)工业级产品的可靠性和稳定性与国外尚存在一定差距;车用IGBT基本处于研发阶段,在可靠性和电磁兼容方面存在较大问题。

  (3)我国大功率器件研发水平与国外差距较大,日前各企业技术研发力量薄弱,开发性人才以“海归”为主。 
  (4)现有标准只针对特定用途,缺乏车用级IGBT标准,不适用于产业化。 
  我国电动汽车关键零部件发展建议 
  1.存在的主要问题通过综合分析,我国电动汽车关键零部件存在的主要问题归纳如下:
  (1)电动汽车零部件厂家对进入电动汽车行业比较谨慎,在电动汽车关键零部件上主要依赖传统产品的利润和国家科研经费,研发后续投入与产业化投入不足,将直接影响零部件产业化发展。 
  (2)目前国内产业联盟中,整车厂与零部件厂双方技术合作不紧密,跨行业协作开发存在困难,大多数产业联盟实际合作没有开展。 
  (3)零部件企业研发能力不足,缺乏核心研发人才,尤其是隔膜材料、电池系统集成、电力电子和电机控制系统方面的专业人才。 
  (4)国内零部件生产设备制造企业技术力量薄弱,部分关键生产设备依赖进口,导致投资成本增加,影响产业化进程。 
  (5)同前零部件标准体系尚不健全,尤其是关键电池材料、电池、电机、IGBT等,影响行业的健康发展。 
  (6)电动转向、电动空调、电动真空助力制动等电动辅助系统也未形成产业化,尚需进行产业化攻关。 
  2.发展建议
  (1)国家应切实加大资金支持,组织联合攻关。 
  实施动力电池性能突破计划,重点支持新型动力电池及材料开发,争取掌握高比能量、低成本电池技术;增强驱动电机系统关键部件研发能力,提高产品集成化水平和电机系统性能;联合攻克整车控制器开发中的共性技术,构建共性技术平台并积累数据;对IGBT行业进行规模化、连续化的投入,支持车用IGBT芯片和模块研发。 
  (2)国家应设立专项资金,资助有条件、有实力的零部件企业进行产业化建设。 
  针对工业基础好、科研开发能力和产业化能力强的企业予以重点扶持,支持动力电池系统、驱动电机系统、整车控制器硬件、基础材料、IGBT以及相关生产设备的研发和生产,尤其是车用动力电池和车用电机专用生产线的建设,实现产品自主化,以支撑电动汽车产业化发展。 
  (3)积极寻求创新合作模式,构建适宜的产业联盟。 
  建议整车企业和零部件企业组建合资公司,形成有效的商业模式,以整车带动零部件产业化的发展,有利于整车供应体系的形成。国家应对此类合资企业予以专项资金扶持或税收上的优惠政策。 
  (4)采取人才引进与培养双管齐下的措施,逐步解决人才短缺问题。
  国家应鼓励企业引进国外人才,企业应与高校联合培养相关专业人才。尤其是电池隔膜、IGBT等高端研发人才严重缺乏的行业。 
  (5)建议相关部门牵头,联合整车、零部件骨干企业,共同制修订零部件标准,健全零部件标准体系。 
  ①动力电池方面,应重点完善材料、电芯、模块、系统的技术性能与安全标准,建立完善的评价体系,同时应根据动力电池产品的特殊性,完善售后服务要求,兼顾电池生产厂家、整车企业和消费者三方的利益,规定合适的产品质量保证期。 
  ②驱动电机方面,应尽快完善驱动电机系统标准,尤其是系统可靠性、耐久性预测与快速评估方法等方面的标准。 
  ③整车控制器方面,应共同制定相关基础性标准,尤其是整车控制器接口标准以及网络通信协议标准,以提高整车控制器的通用性。 
  5IGBT方面,应在行业发展初期规范行业标准,为后续发展建立基础。 
  3.发展目标
  (1)到“十二五”末,关键零部件及其原材料研发和生产基本实现自主化。 
  (2)形成较为完整的产业链,满足电动汽车产业化发展需求。


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