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Elettronica di potenza "Inverter World" | Leggi l'applicazione dell'IGBT nei veicoli elettrici a nuova energia

Rilasciare : 22 nov 2019

1, definizione IGBT

Transistor bipolare a gate isolato IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor)

Il modulo IGBT è un prodotto a semiconduttore modulare che viene confezionato da IGBT (Chip a transistor bipolare a gate isolato) e FWD (Chip a diodi a ruota libera) attraverso un ponte a punti specifico.

2, l'uso di IGBT

L'IGBT è il dispositivo principale di conversione e trasmissione di energia, comunemente noto come la "CPU" dei dispositivi elettronici di potenza e viene applicato a sistemi di conversione con tensioni CC di 600 V e oltre, come transito ferroviario, rete intelligente, aerospaziale, veicoli elettrici e nuove apparecchiature energetiche.

Il modulo IGBT confezionato viene applicato direttamente su inverter, gruppi di continuità UPS e altre apparecchiature.

3, le caratteristiche dei moduli IGBT

Il modulo IGBT offre risparmio energetico, installazione e manutenzione convenienti e dissipazione del calore stabile.

La maggior parte dei prodotti attualmente sul mercato sono prodotti modulari e i cosiddetti IGBT sono anche chiamati moduli IGBT.

4. Riassumi la funzione e la funzione di IGBT nella lingua più semplice.

Controlla la conversione e la trasmissione di energia

5. Perché i veicoli elettrici hanno bisogno degli IGBT?

La funzione dell'IGBT è la conversione di corrente alternata e corrente continua e l'IGBT ha anche la funzione di conversione ad alta e bassa tensione.

Quando l'esterno è carico, si tratta di una corrente alternata, che deve essere convertita in corrente continua alla batteria tramite l'IGBT. Allo stesso tempo, la tensione di 220 V deve essere convertita in una tensione appropriata per caricare la batteria.

Quando la batteria è scarica, la corrente continua che passa attraverso l'IGBT viene convertita in corrente alternata utilizzata dal motore a corrente alternata e, allo stesso tempo, viene eseguito il controllo della conversione di frequenza della corrente alternata. Naturalmente, la trasformazione della tensione è indispensabile.

L'IGBT è un dispositivo a semiconduttore di potenza, che si può dire essere una delle tecnologie chiave dei veicoli elettrici, la cui qualità influisce direttamente sulla velocità di rilascio dei veicoli elettrici.

6, il principio di funzionamento di IGBT

Prendiamo ad esempio il compressore del condizionatore d'aria: la tensione domestica specificata di 220 V, la frequenza di 50 Hz, la casa sei punti attraverso il filtro raddrizzatore per ottenere circa 310 V CC, dopo questa alimentazione CC, è possibile ottenere l'alimentazione a frequenza variabile per controllare il funzionamento del compressore, questo Può convertire la frequenza di rete da 50 Hz a 30-130 Hz e utilizzare la frequenza di potenza per controllare il regolare controllo della velocità del compressore per ottenere un cambio di velocità automatico continuo, ovvero il compressore è sempre nelle migliori condizioni di lavoro.

In un veicolo elettrico, il motore può essere considerato un compressore. I due principi sono quasi identici.

7, l'importanza dell'IGBT nei moderni sistemi di trasporto

Il 30% del costo delle materie prime della pila di ricarica DC è IGBT

Le locomotive elettriche richiedono generalmente 500 moduli IGBT

L'EMU richiede più di 100 moduli IGBT

Una metropolitana richiede 50-80 moduli IGBT

8, l'importanza del costo IGBT

L'IGBT rappresenta circa la metà del costo del sistema di azionamento del motore e il sistema di azionamento del motore rappresenta il 15-20% del costo totale del veicolo, il che significa che l'IGBT rappresenta il 7-10% del costo totale del veicolo, che è il secondo componente di costo più elevato tranne la batteria. Determina anche l'efficienza energetica del veicolo.

Nel 2016, il volume delle vendite globali di veicoli elettrici è stato di circa 2 milioni di unità, che hanno consumato circa 900 milioni di dollari USA di tubi IGBT, con una media di circa 450 dollari americani per veicolo, è la parte più costosa dei veicoli elettrici ad eccezione delle batterie.

9. Toyota è l'unica casa automobilistica al mondo in grado di produrre i propri IGBT.

Proprio perché l'IGBT è troppo importante, la Toyota ha stabilito che il tubo IGBT dovrebbe essere completamente controllato nello sviluppo del veicolo ibrido e Toyota è anche l'unico produttore automobilistico in grado di produrre il proprio tubo IGBT (autoprodotto, anziché acquistare wafer di altre persone e quindi imballare) ), la Prius ha acquisito una forte vitalità ed è attualmente l'unico veicolo ibrido forte al mondo.

10. Il mercato IGBT ferroviario ad alta velocità della Cina è stato sostanzialmente monopolizzato dal giapponese Mitsubishi

L'IGBT di Mitsubishi Electric è diventato lo standard di default del settore.La locomotiva ad alta velocità cinese IGBT è completamente monopolizzata da Mitsubishi, mentre Alstom, Siemens e Bombardier in Europa utilizzano anche gli IGBT di Mitsubishi Electric.

11. Infineon ha rilevato gli IGBT di quasi tutti i veicoli elettrici.

Oltre ai produttori giapponesi, Infineon ha spazzato via tutti gli IGBT dei veicoli elettrici e Mitsubishi Electric è intossicata dagli alti profitti della ferrovia ad alta velocità cinese e non ha quasi nulla sul mercato sotto i 2500 V.

12. Costo degli IGBT utilizzati da Tesla

La Tesla Model X utilizza 132 tubi IGBT, forniti da Infineon, con 96 per il motore posteriore e 36 per il motore anteriore.Ogni singolo tubo costa circa $ 4-5, per un totale di circa $ 650.

Se si passa a un modulo, si stima che siano necessari 12-16 moduli, che costano circa $ 1200-1600.

Il motivo per cui Tesla utilizza un singolo tubo è principalmente il costo, in particolare la sua potenza è molto più grande di quella di un veicolo elettrico generale, inoltre il ciclo di sviluppo del design è breve e deve essere adottato un design a tubo singolo.

13. Stato degli IGBT fabbricati in Cina

L'IGBT è stato sviluppato per 7,5 generazioni, mentre la settima generazione è stata lanciata da Mitsubishi Electric nel 2012. L'attuale livello di Mitsubishi Electric può essere considerato come 7.5 generazioni. Allo stesso tempo, la tecnologia SiC di prossima generazione di IGBT è stata ampiamente diffusa in Giappone, indipendentemente dal fatto che si tratti di una grande fabbrica come Mitsubishi. Piccole fabbriche come Fuji e Rohm hanno la capacità di produrre facilmente componenti SiC.La Cina è attualmente al livello di terza generazione, con un gap di oltre 20 anni.

Dalla sesta generazione, il potenziale dell'IGBT stesso è stato sfruttato quasi dappertutto e tutti hanno spostato la propria energia sul pacchetto IGBT, che è la dissipazione del calore.

I requisiti di efficienza di dissipazione del calore degli IGBT automobilistici sono molto più elevati rispetto a quelli dei gradi industriali, e vengono anche considerate le forti condizioni di vibrazione, mentre gli IGBT di livello automobilistico sono di gran lunga superiori a quelli industriali.

La chiave per la dissipazione del calore sono i materiali e la scienza dei materiali è una manifestazione della scienza di base di un paese: la Cina è molto arretrata da questo punto di vista e il Giappone è molto più avanti, non solo in Germania ma anche negli Stati Uniti.

14, anche l'IGBT domestico sta iniziando

Nell'ottobre 2015, Shenzhen BYD Microelectronics Co., Ltd. e Shanghai Advanced Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. hanno firmato un accordo di cooperazione strategica per stabilire un'alleanza industriale strategica per costruire congiuntamente una catena industriale nazionale IGBT.

Al momento, BYD ha integrato la catena industriale IGBT, tra cui progettazione di chip, fabbricazione di wafer, test e imballaggio.

Nel dicembre 2015, Beiqi New Energy Co., Ltd., una sussidiaria del gruppo BAIC, e China Electric, una consociata di CRRC, hanno firmato un accordo di cooperazione strategica a Zhuzhou per avviare la cooperazione nel campo dei nuovi veicoli energetici.

[Riassunto]

La ferrovia ad alta velocità della Cina ha una buona reputazione in tutto il mondo e ne siamo orgogliosi;

I veicoli elettrici cinesi sono anche il più grande mercato del mondo e sono in ascesa;

Tuttavia, la ricerca della tecnologia di base manca ancora, non è che non possiamo svilupparla, ma ci vuole tempo e accumulazione.

Questa situazione è la stessa del grande aereo C919. Facciamo la nostra progettazione e pianificazione generale, ma non ci impedisce di acquistare componenti a livello globale compresi i motori;

Ma finché impiegherai del tempo, credo che con l'intelligenza e la saggezza dei cinesi, padroneggiare queste tecnologie sia dietro l'angolo.