● 從具體應(yīng)用來看:
汽車電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)——新能源汽車中電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)的主要作用在于能量的轉(zhuǎn)換,即從DC(電池直流電)轉(zhuǎn)換到AC(電機(jī)交流電)或者從AC(電機(jī)交流電)轉(zhuǎn)換到DC(電池直流電),從DC轉(zhuǎn)到AC稱為逆變,其中主要用到的功率器件就是IGBT。IGBT和我們熟知的MOSFET一樣,都是進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換的器件,但不同的是IGBT更常用于高壓功率轉(zhuǎn)換。電動汽車在轉(zhuǎn)換過程中,電池電壓一般在200V以上,過流能力在300A以上,功率器件的擊穿電壓在600-1200V左右,開關(guān)頻率在20KHZ以內(nèi),所以需要對高壓大電流進(jìn)行操作,主要通過IGBT模塊實(shí)現(xiàn)。
新能源汽車電動控制用IGBT的規(guī)格一般在600-1200V/120-800A左右,以比亞迪F3DM為例,其電池的工作電壓為330V,驅(qū)動電機(jī)功率為50KW,加速過程中,輸出電流峰峰值在1500A以上,所以采用自制1200V/600A額定電壓電流的IGBT模塊。
車載空調(diào)控制系統(tǒng)——電動汽車車載空調(diào)的工作原理是通過逆變器將高壓電池的直流電轉(zhuǎn)換成交流電后,驅(qū)動空調(diào)壓縮機(jī)電機(jī)進(jìn)行工作,其原理與電動驅(qū)動相同,只是功率較小。一般電流需求在50A以內(nèi),工作頻率在20KHz左右。
以比亞迪BIP60030為例,其車載空調(diào)控制系統(tǒng)中存在一個三相全橋智能IGBT模塊,內(nèi)有6顆IGBT,6顆FRD,擊穿電壓和額定電流分別選定為600V和30A。
充電樁——充電樁有直流和交流兩種類型。以直流充電樁為例,充電樁一端與交流電網(wǎng)相連,交流電通過整流功率模塊轉(zhuǎn)換為直流電,流經(jīng)電容穩(wěn)壓濾波器后通過IGBT逆變功率模塊逆變?yōu)楦哳l交流電,最后變壓器耦合及整流單元將它轉(zhuǎn)換為不同的直流電壓等級,為不同的電動汽車充電。
綜上,在電動汽車中,電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)占整車成本的15%-20%,而IGBT模塊占電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的50%,也就是說IGBT占整車成本的7-10%,是除電池之外成本第二高的元件,決定了整車的能源效率。Strategy Analytics調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,2017年一輛純電動汽車(EV)中半導(dǎo)體元器件用量成本達(dá)到了673美元左右,相較于傳統(tǒng)汽車297美元的半導(dǎo)體用量成本增加了127%,其中大部分新增用量是以IGBT為主的功率半導(dǎo)體器件;而一輛混合動力汽車(HEV)新增的半導(dǎo)體元器件用量成本為367美元,其中76%是IGBT占比居高的功率半導(dǎo)體器件。此外,上文所述的直流充電樁中大約有30%的原材料成本為IGBT,可以看到,無論是從功能還是成本方面,IGBT在電動汽車領(lǐng)域中都起到越來越重要的作用。
●從市場需求來看:
據(jù)統(tǒng)計(jì),2011年全球EV/HEV領(lǐng)域IGBT市場營收在13萬美元左右,到了2016年,EV/HEV領(lǐng)域的IGBT市場總營收約為8.45億美元,并且還在持續(xù)增長。此外,根據(jù)我國內(nèi)部調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,2016年我國新能源汽車?yán)塾?jì)生產(chǎn)51.7萬輛,銷售50.7萬輛,同比增長 51.7%和 53%。2017年我國新能源汽車產(chǎn)量增至81.13萬輛,同比增長56.3%,銷售量達(dá)到77萬輛,保有量超過160萬輛。這其中新能源乘用車產(chǎn)量為55.2萬輛,同比增長70.9%;新能源客車產(chǎn)量10.5萬輛,同比下降22.2%;新能源專用車產(chǎn)量15.5萬輛,同比增長152.5%。由此可見,新能源汽車市場需求的快速增長將拉動我國IGBT產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展。
●從發(fā)展預(yù)測來看:
由于新能源汽車中IGBT等大功率電力電子器件不僅對性能要求高,同時對可靠性的要求也很嚴(yán)苛,期望壽命一般為二十年以上,功率循環(huán)上萬次甚至百萬次以上,且需要在不同的環(huán)境和氣候下工作。所以目前我國市場需求的新能源汽車IGBT電子產(chǎn)品90%左右都是通過進(jìn)口渠道購買。歐美和日本企業(yè)憑借著產(chǎn)品質(zhì)量好、技術(shù)領(lǐng)先,在IGBT市場中占據(jù)絕對優(yōu)勢地位,也是我國新能源汽車IGBT市場的主要供應(yīng)商。但由于國內(nèi)新能源汽車領(lǐng)域IGBT市場需求的暴漲和外貿(mào)環(huán)境的不穩(wěn)定性,新能源汽車領(lǐng)域IGBT元器件市場有望向本土企業(yè)開放,以下將從政策方面和銷量方面舉例說明。
政策方面——從2001年到2017年,國家陸續(xù)出臺了許多支撐方針,比方開展國家863方案電動轎車重大專項(xiàng),發(fā)布《電動轎車科技開展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃(摘要)》、《關(guān)于加快電動轎車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的輔導(dǎo)意見》、《2016年-2020年新動力轎車推廣應(yīng)用財(cái)政支撐方針》、《轎車產(chǎn)業(yè)中長期開展規(guī)劃》等一系列支撐方針,并提出了到2030年,我國新能源汽車當(dāng)年銷量占汽車總銷量的40%-50%,整體保有量大于8000萬輛,充電樁保有量大于8000萬的目標(biāo)。
銷量方面——2016年,中國新能源汽車的產(chǎn)量超過50萬輛,中國純電動汽車的銷量為40.9萬輛,純電動汽車動力總成系統(tǒng)的市場規(guī)模為130.88億元,增速高達(dá)60%左右。其中純電動乘用車作為新能源乘用車的主力,2016年總計(jì)銷量24.9萬,接近占到新能源車總量的一半。2017 上半年新能源汽車產(chǎn)業(yè)根據(jù)新政進(jìn)行了車型調(diào)整,銷量同比有所下降;2017 下半年企業(yè)密集推出新車型,市場逐步回暖。
據(jù)統(tǒng)計(jì),新能源客車大中客車銷量近五年穩(wěn)定在16-19萬輛。2016 年新能源大客車銷量達(dá)到5.7萬輛,新能源中客車2016 年銷量為4.93萬輛,合計(jì)10.62萬輛,新能源大中客車滲透率達(dá)56%。由此預(yù)測,新能源汽車規(guī)模到2020 年有望超200 萬,其中預(yù)計(jì)乘用車將成為占比最重的電動汽車分類,專用車將具有較大的市場空間,而電動客車相對穩(wěn),但仍有一定增長空間。總量來看,預(yù)計(jì)未來幾年新能源汽車銷量將快速增長,對IGBT元器件的需求也將快速增大,有利于本土廠商發(fā)展。
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