我國電動汽車關鍵零部件發展綜合分析(下)

關鍵功率電子元件IGBT

1 1IGBT簡介

（1） IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一種由BJT（Bipolar Transistor）和MOS（Insulate Gate Field Effect Transistor，雙極型功率晶體管的飽和電壓低、電流處理能力強。

（2） IGBT模塊由一個或多個安裝在絕緣基板上的IGBT芯片組成，絕緣基板固定在銅基板上散熱。為了便于系統的組裝，并保持模塊內外的引線電感最小，還在模塊中安裝了續流二極管。

（3） IGBT的主要應用領域包括工業控制、消費電子、計算機和網絡通信等。電動汽車是IGBT的一個新應用領域，對IGBT提出了新的要求。

汽車IGBT的環境條件和可靠性要求見表5~4。工業級IGBT與車載級IGBT的可靠性要求比較見表5~5。

2.國外的發展傳統IGBT制造商主要集中在歐洲、美國和日本。

其中，英飛凌、富士電氣、三菱電氣、西門康等企業專門研究并成功推出了汽車IGBT產品，能夠滿足電動汽車的需求，已廣泛應用于電動汽車。

（1） 英飛凌推出了用于電動汽車的混合動力PACK系列IGBT模塊。目前有混合動力PACKl和混合動力PACK2兩種產品，最大功率分別為20kW和80kW，分別適用于輕型和全混合動力汽車。此外，Prime PACK系列IGBT模塊可以滿足更高的功率要求，可用于卡車和公共汽車。

（2） 富士電機產品應用于豐田混合動力凱美瑞，其產品適用于10kW~120kW的驅動電機系統。

（3） IGBT模塊主要由三菱電氣生產，分立器件由瑞薩半導體（三菱電氣和日立的合資企業）生產。其汽車IGBT產品已應用于本田和豐田的混合動力汽車。

（4） Semikron公司推出的無焊IGBT模塊采用英飛凌芯片，適用于電動汽車22~150kW的電機控制器。

3.中國的發展現狀

（1） 中國的主要企業剛剛開始以外包IGBT芯片為主的傳統工業標準模塊封裝。主要企業包括江蘇宏偉、南京銀茂、嘉興斯達爾、威海星佳和廈門宏發。此外，一些產業鏈下游企業通過收購的方式介入功率半導體器件，如比亞迪、南車時代等。一些企業已經開始研究用于車輛的大功率IGBT模塊。

（2） 研發能力IGBT的核心技術包括芯片和模塊封裝。企業基本具備IGBT芯片的設計能力，但缺乏制造能力，產業化需要時間；通過引進國外設備和歸國人才，企業已基本具備模塊設計、封裝、檢測和分析能力，可以實現IG-BT模塊的自主生產。

（3） 產品情況現階段，我國IGBT模塊普遍集中在600V和1200V。電壓等級較高的產品正在開發中，主要應用領域為工業變頻器、焊機和感應加熱。目前，產品尚未完全被國內客戶接受，正處于市場客戶的認證期。企業也更加關注電動汽車領域，研發用于汽車的IGBT模塊。最近，只有少數原型被應用，其工業化需要在產品技術上提高，并在市場上培育。

4.我國IGBT的主要問題

（1） IGBT芯片完全進口，關鍵技術被國外大公司壟斷，難以在國內實現突破和降低成本。

（2） 工業產品的可靠性和穩定性與國外仍有一定差距；

汽車IGBT基本處于研發階段，在可靠性和電磁兼容性方面存在較大問題。

（3） 我國大功率器件的研發水平與國外有很大差距。近期，各類企業研發實力較弱，開發人才以“海歸”為主。

（4） 現有標準僅用于特定用途，缺乏汽車IGBT標準，不適合工業化。

對我國電動汽車關鍵零部件發展的建議

1.主要問題通過綜合分析，我國電動汽車關鍵零部件存在的主要問題總結如下：

（1） 電動汽車零部件制造商對進入電動汽車行業持謹慎態度。它們主要依賴傳統產品的利潤和電動汽車關鍵零部件的國家科研基金，研發和產業化后續投入的缺乏將直接影響零部件的產業化發展。

（2） 目前，在國內產業聯盟中，汽車制造商和零部件工廠之間的技術合作并不緊密，跨行業協同發展困難。大多數產業聯盟實際上并沒有合作。

（3） 零部件企業缺乏研發能力和核心研發人才，尤其是隔膜材料、電池系統集成、電力電子和電機控制系統等領域的專業人才。

（4） 國內零部件制造設備制造商技術實力較弱，部分關鍵生產設備依賴進口，導致投資成本增加，影響工業化進程。

（5） 同一零部件的標準體系不完善，尤其是關鍵電池材料、電池、電機、IGBT等，影響了行業的健康發展。

（6） 電動轉向、電動空調、電動真空輔助制動等電動輔助系統尚未實現產業化，仍需進行產業化研究。

2.發展建議

（1） 國家應切實加大財政支持力度，組織開展聯合研究。

實施動力電池性能突破計劃，重點支持新型動力電池和材料的開發，努力掌握高比能、低成本的電池技術；增強驅動電機系統關鍵部件的研發能力，提高產品集成水平和電機系統性能；共同攻克車輛控制器開發中的共性技術，搭建共性技術平臺，積累數據；

大規模持續投資IGBT產業，支持車載IGBT芯片和模塊的研發。

（2） 國家應當設立專項資金，支持有條件、有實力的零部件企業實現產業化。

聚焦產業基礎好、科技研發能力強、產業化能力強的企業，支持動力電池系統、驅動電機系統、車輛控制器硬件、基礎材料、IGBT及相關生產設備的研發和生產，特別是建設汽車動力電池和汽車電機專用生產線，實現產品自主，支持電動汽車產業化發展。

（3） 積極尋求創新合作模式，建立適當的產業聯盟。

建議整車企業和零部件企業成立合資企業，形成有效的商業模式，以車帶動零部件產業化發展，有利于形成整車供應體系。國家應當對此類合資企業給予專項資金支持或稅收優惠政策。

（4） 采取人才引進和培訓雙管齊下的措施，逐步解決人才短缺問題。

國家應鼓勵企業引進外國人才，企業應與大學共同培養相關專業人才。尤其是電池隔膜、IGBT等高端研發人才嚴重短缺。

（5） 建議相關部門牽頭，聯合汽車及零部件重點企業，共同制定和修訂零部件標準，完善零部件標準體系。

① 對于動力電池，要重點提高材料、電池、模塊和系統的技術性能和安全標準，建立健全評價體系。同時，應根據動力電池產品的特殊性，考慮電池制造商、車輛制造商和消費者的利益，提高售后服務要求，并規定適當的產品質量保證期。

② 對于驅動電機，應盡快提高驅動電機系統的標準，特別是系統可靠性、耐久性預測和快速評估方法的標準。

③ 對于車輛控制器，應共同制定相關的基礎標準，特別是接口標準和網絡通信協議標準，以提高車輛控制器的通用性。

5對于5IGBT，應在行業發展初期對行業標準進行標準化，為后續發展奠定基礎。

3.發展目標

（1） 到“十二五”末，關鍵零部件及其原材料的研發和生產將基本實現自主。

（2） 形成相對完整的產業鏈，以滿足電動汽車產業化的需要。

（編輯：李燕郊）關鍵功率電子元件IGBT

1 1IGBT簡介

（1） IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一種由BJT（Bipolar Transistor）和MOS（Insulate Gate Field Effect Transistor，雙極型功率晶體管的飽和電壓低、電流處理能力強。

（2） IGBT模塊由一個或多個安裝在絕緣基板上的IGBT芯片組成，絕緣基板固定在銅基板上散熱。為了便于系統的組裝，并保持模塊內外的引線電感最小，還在模塊中安裝了續流二極管。

（3） IGBT的主要應用領域包括工業控制、消費電子、計算機和網絡通信等。電動汽車是IGBT的一個新應用領域，對IGBT提出了新的要求。

汽車IGBT的環境條件和可靠性要求見表5~4。工業級IGBT與車載級IGBT的可靠性要求比較見表5~5。

2.國外的發展傳統IGBT制造商主要集中在歐洲、美國和日本。

其中，英飛凌、富士電氣、三菱電氣、西門康等企業專門研究并成功推出了汽車IGBT產品，能夠滿足電動汽車的需求，已廣泛應用于電動汽車。

（1） 英飛凌推出Hybrid PACK系列IGBT模塊用于電子……

電動汽車。目前有混合動力PACKl和混合動力PACK2兩種產品，最大功率分別為20kW和80kW，分別適用于輕型和全混合動力汽車。此外，Prime PACK系列IGBT模塊可以滿足更高的功率要求，可用于卡車和公共汽車。

（2） 富士電機產品應用于豐田混合動力凱美瑞，其產品適用于10kW~120kW的驅動電機系統。

（3） IGBT模塊主要由三菱電氣生產，分立器件由瑞薩半導體（三菱電氣和日立的合資企業）生產。其汽車IGBT產品已應用于本田和豐田的混合動力汽車。

（4） Semikron公司推出的無焊IGBT模塊采用英飛凌芯片，適用于電動汽車22~150kW的電機控制器。

3.中國的發展現狀

（1） 中國的主要企業剛剛開始以外包IGBT芯片為主的傳統工業標準模塊封裝。主要企業包括江蘇宏偉、南京銀茂、嘉興斯達爾、威海星佳和廈門宏發。此外，一些產業鏈下游企業通過收購的方式介入功率半導體器件，如比亞迪、南車時代等。一些企業已經開始研究用于車輛的大功率IGBT模塊。

（2） 研發能力IGBT的核心技術包括芯片和模塊封裝。企業基本具備IGBT芯片的設計能力，但缺乏制造能力，產業化需要時間；通過引進國外設備和歸國人才，企業已基本具備模塊設計、封裝、檢測和分析能力，可以實現IG-BT模塊的自主生產。

（3） 產品情況現階段，我國IGBT模塊普遍集中在600V和1200V。電壓等級較高的產品正在開發中，主要應用領域為工業變頻器、焊機和感應加熱。目前，產品尚未完全被國內客戶接受，正處于市場客戶的認證期。企業也更加關注電動汽車領域，研發用于汽車的IGBT模塊。最近，只有少數原型被應用，其工業化需要在產品技術上提高，并在市場上培育。

4.我國IGBT的主要問題

（1） IGBT芯片完全進口，關鍵技術被國外大公司壟斷，難以在國內實現突破和降低成本。

（2） 工業產品的可靠性和穩定性與國外仍有一定差距；

汽車IGBT基本處于研發階段，在可靠性和電磁兼容性方面存在較大問題。

（3） 我國大功率器件的研發水平與國外有很大差距。近期，各類企業研發實力較弱，開發人才以“海歸”為主。

（4） 現有標準僅用于特定用途，缺乏汽車IGBT標準，不適合工業化。

對我國電動汽車關鍵零部件發展的建議

1.主要問題通過綜合分析，我國電動汽車關鍵零部件存在的主要問題總結如下：

（1） 電動汽車零部件制造商對進入電動汽車行業持謹慎態度。它們主要依賴傳統產品的利潤和電動汽車關鍵零部件的國家科研基金，研發和產業化后續投入的缺乏將直接影響零部件的產業化發展。

（2） 目前，在國內產業聯盟中，汽車制造商和零部件工廠之間的技術合作并不緊密，跨行業協同發展困難。大多數產業聯盟實際上并沒有合作。

（3） 零部件企業缺乏研發能力和核心研發人才，尤其是隔膜材料、電池系統集成、電力電子和電機控制系統等領域的專業人才。

（4） 國內零部件制造設備制造商技術實力較弱，部分關鍵生產設備依賴進口，導致投資成本增加，影響工業化進程。

（5） 同一零部件的標準體系不完善，尤其是關鍵電池材料、電池、電機、IGBT等，影響了行業的健康發展。

（6） 電動轉向、電動空調、電動真空輔助制動等電動輔助系統尚未實現產業化，仍需進行產業化研究。

2.發展建議

（1） 國家應切實加大財政支持力度，組織開展聯合研究。

實施動力電池性能突破計劃，重點支持新型動力電池和材料的開發，努力掌握高比能、低成本的電池技術；增強驅動電機系統關鍵部件的研發能力，提高產品集成水平和電機系統性能；共同攻克車輛控制器開發中的共性技術，搭建共性技術平臺，積累數據；

大規模持續投資IGBT產業，支持車載IGBT芯片和模塊的研發。

（2） 國家應當設立專項資金，支持有條件、有實力的零部件企業實現產業化。

聚焦產業基礎好、科技研發能力強、產業化能力強的企業，支持動力電池系統、驅動電機系統、車輛控制器硬件、基礎材料、IGBT及相關生產設備的研發和生產，特別是建設汽車動力電池和汽車電機專用生產線，實現產品自主，支持電動汽車產業化發展。

（3） 積極尋求創新合作模式，建立適當的產業聯盟。

建議整車企業和零部件企業成立合資企業，形成有效的商業模式，以車帶動零部件產業化發展，有利于形成整車供應體系。國家應當對此類合資企業給予專項資金支持或稅收優惠政策。

（4） 采取人才引進和培訓雙管齊下的措施，逐步解決人才短缺問題。

國家應鼓勵企業引進外國人才，企業應與大學共同培養相關專業人才。尤其是電池隔膜、IGBT等高端研發人才嚴重短缺。

（5） 建議相關部門牽頭，聯合汽車及零部件重點企業，共同制定和修訂零部件標準，完善零部件標準體系。

① 對于動力電池，要重點提高材料、電池、模塊和系統的技術性能和安全標準，建立健全評價體系。同時，應根據動力電池產品的特殊性，考慮電池制造商、車輛制造商和消費者的利益，提高售后服務要求，并規定適當的產品質量保證期。

② 對于驅動電機，應盡快提高驅動電機系統的標準，特別是系統可靠性、耐久性預測和快速評估方法的標準。

③ 對于車輛控制器，應共同制定相關的基礎標準，特別是接口標準和網絡通信協議標準，以提高車輛控制器的通用性。

5對于5IGBT，應在行業發展初期對行業標準進行標準化，為后續發展奠定基礎。

3.發展目標

（1） 到“十二五”末，關鍵零部件及其原材料的研發和生產將基本實現自主。

（2） 形成相對完整的產業鏈，以滿足電動汽車產業化的需要。

（編輯：李燕郊）

標簽：豐田三菱本田比亞迪凱美瑞

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