新能源汽车的最强大脑“IGBT”都用在了哪儿？

时间： 2023-12-29 来源：芯际探索公众号

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PART.01 / 引言

如今全球的汽车已经进入到智能化时代，汽车对于芯片的需求剧烈增加，以往一个传统汽车需要的芯片数量是在五六百颗，到如今一台具备L2驾驶级别的高配燃油车就需要1000颗以上的芯片，一个配置较好的新能源纯电汽车更是需要2000颗以上芯片。而在众多新能源汽车芯片中，IGBT芯片绝对称得上“皇冠上的宝石”。

IGBT约占电机驱动系统成本的一半，而电机驱动系统占整车成本的15%-20%，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，也决定了整车的能源效率不仅电机驱动要用IGBT，新能源的发电机和空调部分一般也需要IGBT。现如今IGBT单车价值量从过去的650元提升到了2000元，高端车型的价值量要达到4000元以上。

不仅是新能源车直流充电桩和机车(高铁)的核心也是IGBT管，直流充电桩30%的原材料成本就是IGBT电力机车一般需要500个IGBT模块，动车组需要超过100个IGBT模块，一节地铁需要50—80个IGBT模块。

PART.02 / IGBT是什么

IGBT是绝缘栅双极晶体管的简称，是一种三端半导体开关器件，可用于多种电子设备中的高效快速开关。

IGBT主要用于放大器，用于通过脉冲宽度调制 (PWM) 切换/处理复杂的波形。

你可以看到输入侧代表具有栅极端子的MOS管，输出侧代表具有集电极和发射极的BJT。

集电极和发射极是导通端子，栅极是控制开关操作的控制端子。

IGBT的电路符号与等效电路图

PART.03 / 常见的汽车IGBT模块封装类型有哪些

Econodual系列半桥封装，应用在商用车上为主，主要规格为1200V/450A，1200V/600A等;

HP1全桥封装，主要用在中小功率车型上，包括部分A级车、绝大部分的A0、A00车，峰值功率一般在70kW以内，型号以650V400A为主，其他规格如750V300A、750V400A、750V550A等;

HPD全桥封装，中大功率型车上使用，大部分A级车及以上，以750V820A的规格占据市场主流，其他规格如750V550A等;

DC6全桥封装，基于UVW三相全桥的整体式封装方案，具备封装紧凑，功率密度高，散热性能好等特点;

TO247单管并联，市场上也有少量使用TO247单管封装的电控系统方案。使用单管并联方案的优势主要有两点：①单管方案可以实现灵活的线路设计，需要多大的电流就用相应的单管并联就好了，所以成本也有一定优势;②寄生电感问题比IGBT模块好解决。但是使用单管并联也存在一些待解决的难点：①每个并联单管之间均流和平衡比较困难，一致性比较难得到保障，例如实现同时的开断，相同的电流、温度等;②客户的系统设计、工艺难度非常大;③接口比较多，对产线的要求很高。

PART.04 / IGBT在新能源车上的应用

电池管理系统：IGBT用于电池的充放电控制，通过调节电流和电压，实现对电池的精确管理。

电机控制系统：新能源汽车使用的是三相异步交流电机，电池的直流电是不能直接驱动电机转动的，电池放电驱动电机的时候，通过IGBT组成的电路，把直流电转变成交流电机使用的交流电，同时起到对交流电机的变频和变压的控制。

电控系统的下层元器件

如下是直流电源利用IGBT的开关作用来驱动电机转动的简单示意图，控制器负责输出控制IGBT1~6的开启和关闭的信号，从而将电池的直流电转换为可驱动三相异步交流电机转动的交流电。

电动空调控制系统：IGBT用于电动空调的驱动控制，通过调节空调的电流和电压，实现空调的精确控制，提高空调的效率和舒适性。

充电系统：IGBT用于充电桩的充电控制，通过调节充电电流和电压，实现对电池的快速充电。

总之，IGBT在新能源汽车上的应用非常广泛，对于提高新能源汽车的性能和效率具有重要作用。

PART.05 /IGBT在汽车领域的市场情况

在新能源汽车中，IGBT主要应用于电机驱动、车载充电器(OBC)、电空调驱动等环节。其中，IGBT直接控制驱动系统直、交流电的转换，决定电动车最大输出功率和扭矩等核心指标。

据Yole及EVSalesBlog统计数据显示，2019年全球插电式混合动力汽车及纯电池电动车共销售约220万辆，而全球新能源汽车IGBT市场规模约为6亿美元。中国银河证券由此推算，目前新能源汽车中IGBT单车平均价值量约为270美元，占单车功率半导体价值量超过80%。作为电动化下核心受益品种，预计全球新能源汽车IGBT将在未来几年实现快速增长，2025年市场规模达到约50亿美元。

PART.06 / 结语

IGBT是功率半导体器件，可以说是电动车的的核心技术之一，IGBT的好坏直接影响电动车功率的释放速度。特斯拉Model X使用132个IGBT管，其中后电机为96个，前电机为36个IGBT约占电机驱动系统成本的一半，IGBT是除电池之外成本第二高的元件，也决定了整车的能源效率。

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