浅析新能源汽车领域IGBT的应用及市场情况

浏览:308 作者: 来源: 时间:2019-03-13 分类:行业新闻

1. 从具体应用来看:

        汽车电机驱动控制系统——新能源汽车中电机驱动控制系统的主要作用在于能量的转换,即从DC(电池直流电)转换到AC(电机交流电)或者从AC(电机交流电)转换到DC(电池直流电),从DC转到AC称为逆变,其中主要用到的功率器件就是IGBT。IGBT和我们熟知的MOSFET一样,都是进行功率转换的器件,但不同的是IGBT更常用于高压功率转换。电动汽车在转换过程中,电池电压一般在200V以上,过流能力在300A以上,功率器件的击穿电压在600-1200V左右,开关频率在20KHZ以内,所以需要对高压大电流进行操作,主要通过IGBT模块实现。

        新能源汽车电动控制用IGBT的规格一般在600-1200V/120-800A左右,以比亚迪F3DM为例,其电池的工作电压为330V,驱动电机功率为50KW,加速过程中,输出电流峰峰值在1500A以上,所以采用自制1200V/600A额定电压电流的IGBT模块。

        车载空调控制系统——电动汽车车载空调的工作原理是通过逆变器将高压电池的直流电转换成交流电后,驱动空调压缩机电机进行工作,其原理与电动驱动相同,只是功率较小。一般电流需求在50A以内,工作频率在20KHz左右。

        以比亚迪BIP60030为例,其车载空调控制系统中存在一个三相全桥智能IGBT模块,内有6颗IGBT,6颗FRD,击穿电压和额定电流分别选定为600V和30A。

充电桩——充电桩有直流和交流两种类型。以直流充电桩为例,充电桩一端与交流电网相连,交流电通过整流功率模块转换为直流电,流经电容稳压滤波器后通过IGBT逆变功率模块逆变为高频交流电,最后变压器耦合及整流单元将它转换为不同的直流电压等级,为不同的电动汽车充电。

        综上,在电动汽车中,电机驱动系统占整车成本的15%-20%,而IGBT模块占电机驱动系统的50%,也就是说IGBT占整车成本的7-10%,是除电池之外成本第二高的元件,决定了整车的能源效率。Strategy Analytics调查数据显示,2017年一辆纯电动汽车(EV)中半导体元器件用量成本达到了673美元左右,相较于传统汽车297美元的半导体用量成本增加了127%,其中大部分新增用量是以IGBT为主的功率半导体器件;而一辆混合动力汽车(HEV)新增的半导体元器件用量成本为367美元,其中76%是IGBT占比居高的功率半导体器件。此外,上文所述的直流充电桩中大约有30%的原材料成本为IGBT,可以看到,无论是从功能还是成本方面,IGBT在电动汽车领域中都起到越来越重要的作用。





2. 从市场需求来看:

        据统计,2011年全球EV/HEV领域IGBT市场营收在13万美元左右,到了2016年,EV/HEV领域的IGBT市场总营收约为8.45亿美元,并且还在持续增长。此外,根据我国内部调查数据显示,2016年我国新能源汽车累计生产51.7万辆,销售50.7万辆,同比增长 51.7%和 53%。2017年我国新能源汽车产量增至81.13万辆,同比增长56.3%,销售量达到77万辆,保有量超过160万辆。这其中新能源乘用车产量为55.2万辆,同比增长70.9%;新能源客车产量10.5万辆,同比下降22.2%;新能源专用车产量15.5万辆,同比增长152.5%。由此可见,新能源汽车市场需求的快速增长将拉动我国IGBT产业的进步与发展。


3. 从发展预测来看:

        由于新能源汽车中IGBT等大功率电力电子器件不仅对性能要求高,同时对可靠性的要求也很严苛,期望寿命一般为二十年以上,功率循环上万次甚至百万次以上,且需要在不同的环境和气候下工作。所以目前我国市场需求的新能源汽车IGBT电子产品90%左右都是通过进口渠道购买。欧美和日本企业凭借着产品质量好、技术领先,在IGBT市场中占据绝对优势地位,也是我国新能源汽车IGBT市场的主要供应商。但由于国内新能源汽车领域IGBT市场需求的暴涨和外贸环境的不稳定性,新能源汽车领域IGBT元器件市场有望向本土企业开放,以下将从政策方面和销量方面举例说明。

        政策方面——从2001年到2017年,国家陆续出台了许多支撑方针,比方开展国家863方案电动轿车重大专项,发布《电动轿车科技开展“十二五”专项规划(摘要)》、《关于加快电动轿车充电基础设施建设的辅导意见》、《2016年-2020年新动力轿车推广应用财政支撑方针》、《轿车产业中长期开展规划》等一系列支撑方针,并提出了到2030年,我国新能源汽车当年销量占汽车总销量的40%-50%,整体保有量大于8000万辆,充电桩保有量大于8000万的目标。

        销量方面——2016年,中国新能源汽车的产量超过50万辆,中国纯电动汽车的销量为40.9万辆,纯电动汽车动力总成系统的市场规模为130.88亿元,增速高达60%左右。其中纯电动乘用车作为新能源乘用车的主力,2016年总计销量24.9万,接近占到新能源车总量的一半。2017 上半年新能源汽车产业根据新政进行了车型调整,销量同比有所下降;2017 下半年企业密集推出新车型,市场逐步回暖。

        据统计,新能源客车大中客车销量近五年稳定在16-19万辆。2016 年新能源大客车销量达到5.7万辆,新能源中客车2016 年销量为4.93万辆,合计10.62万辆,新能源大中客车渗透率达56%。由此预测,新能源汽车规模到2020 年有望超200 万,其中预计乘用车将成为占比最重的电动汽车分类,专用车将具有较大的市场空间,而电动客车相对稳,但仍有一定增长空间。总量来看,预计未来几年新能源汽车销量将快速增长,对IGBT元器件的需求也将快速增大,有利于本土厂商发展。