¿Cuáles crees que son los componentes principales de los vehículos eléctricos?
Te damos varias opciones
1. Batería
2. Motor
3. Creo que más personas elegirán 2 visualmente. ¡Felicitaciones por su respuesta correcta!
Pero ¿sabes cuál es la parte central del motor?
Pues es el protagonista de nuestro chip vídeo-IGBT.
Entonces, ¿quién es IGBT?
El denominado IGBT es un transistor bipolar de puerta aislada.
Es un dispositivo semiconductor de potencia accionado por voltaje totalmente controlado compuesto por BJT (transistor de unión bipolar) y MOS (transistor de efecto de campo de puerta aislada).
¿Estás un poco mareado?
En primer lugar, Whale brindará a todos divulgación científica sobre la clasificación de dispositivos semiconductores.
Existen dos métodos principales de clasificación, ya sea controlable y modo de conducción.
Si es controlable internamente y subdividido:
Tipo incontrolable, es decir, no puede controlarse mediante señales de control, como los diodos de potencia ordinarios.
Tipo semicontrolado, que puede controlar la conducción pero no puede controlar el apagado, como los tiristores comunes.
Completamente controlado, es decir, se puede controlar para encender y apagar, como por ejemplo IGBT.
En términos de modo de conducción, se divide en conducción actual, que puede controlarse mediante señales actuales, como el triodo BJT.
Accionada por voltaje, es decir, se puede controlar mediante una señal de voltaje, como un IGBT.
Los fanáticos cuidadosos pueden notar, Whale, mencioné antes que IGBT es un transistor, entonces, ¿es un chip?
Tomemos como ejemplo el chip Kirin 990 5G de Huawei.
Su superficie de chip es de 113,31 mm2, con hasta 10.300 millones de transistores integrados en un lugar tan reducido.
Se puede observar que el chip está compuesto por transistores de gran tamaño, por lo que estrictamente hablando, un solo IGBT no puede clasificarse como un chip, sino como un dispositivo semiconductor de potencia.
En términos generales, los chips IGBT se componen de dispositivos de potencia IGBT y muchas otras cosas.
La función principal de los IGBT es controlar y transmitir energía eléctrica.
Puede manejar más de 6500 W de potencia y puede lograr más de 65438 millones de acciones de conmutación de corriente en solo 1 segundo.
¡No subestimes su funcionalidad!
Actualmente, los vehículos eléctricos no necesitan diseñar sistemas mecánicos complejos como motores y cajas de cambios. La existencia de IGBT es un gran logro.
El chip IGBT, al igual que los chips de circuito integrado de 7 nm y 5 nm que mencionamos todos los días, también es un proyecto de soporte clave del proyecto nacional 02. "02 Proyecto Especial" se refiere al segundo lugar entre los 16 principales avances tecnológicos nacionales durante el período del "Duodécimo Plan Quinquenal".
Es decir, este chip es actualmente el producto más avanzado en dispositivos de electrónica de potencia.
Tomemos como ejemplo nuestros ordenadores de uso común.
Si una computadora va a realizar operaciones de alta velocidad, necesita una unidad central de procesamiento.
Los conductores, como nuestros trenes de alta velocidad o nuestros vehículos eléctricos, también necesitan un dispositivo para convertir la corriente. IGBT es una CPU que convierte la energía eléctrica.
Según las estadísticas, el 60% de la generación total de energía de China se utiliza para diversos tipos de motores.
Si se utilizan dispositivos IGBT para controlar la frecuencia del motor, la energía eléctrica consumida por el motor se puede ahorrar aproximadamente 1/3, lo que puede ahorrar el 20% de la generación total de energía del país, que es equivalente a la eficiencia de la construcción de cinco nuevas presas de las Tres Gargantas.
Según el voltaje de funcionamiento, los módulos IGBT generalmente se dividen en tres categorías.
Bajo voltaje por debajo de 600 voltios
Medio voltaje 600 voltios-1200 voltios
Alto voltaje 1700V-6500V
Los módulos IGBT de bajo voltaje son comúnmente utilizado en los campos de la electrónica de consumo y las piezas de automóviles.
Los módulos IGBT de media tensión se utilizan generalmente en vehículos de nueva energía, control industrial, electrodomésticos y otros campos.
Los módulos IGBT de alto voltaje se utilizan generalmente en tránsito ferroviario, generación de energía nueva, redes inteligentes y otros campos.
En términos de vehículos eléctricos, los IGBT se han convertido en la mayor parte del sistema de propulsión eléctrica de los vehículos eléctricos y representan directamente la mitad del coste.
El coste del sistema de propulsión eléctrica en todo el vehículo eléctrico es de aproximadamente el 15-20%, lo que significa que los IGBT por sí solos representan del 7-10% del coste de todo el vehículo.
¿Qué importancia tiene el IGBT?
Para decirlo en sentido figurado, es como el tío encargado del suministro de energía en tu dormitorio.
Sabes cuándo encender la alimentación y cuándo encender el interruptor. No importa cuánto poder le des. Si el uso de la electricidad es irregular y los aparatos eléctricos de alta potencia se utilizan en secreto, las críticas se informarán sin discusión.
Específicamente, IGBT puede controlar directamente la conversión entre CC y CA. Determine el par y la potencia máxima de salida del sistema de transmisión. Por lo tanto, la capacidad de aceleración, la velocidad máxima y la eficiencia energética de su automóvil dependen de ello.
Por ejemplo:
Por ejemplo, en el coche eléctrico Tesla Model 3, la energía la proporciona una batería densa que proporciona 400 voltios CC.
El motor de un vehículo eléctrico debe utilizar corriente alterna. Cambiar la frecuencia de la corriente alterna puede cambiar la velocidad del motor, controlando así con precisión la velocidad y la aceleración del vehículo. Todo esto es gracias al IGBT. .
Otro ejemplo es el tren de alta velocidad.
Cuando el tren está en marcha, necesita aumentar la velocidad de cero a más de 300 kilómetros en poco tiempo, o detener el tren de alta velocidad sin problemas en muy poco tiempo.
Este proceso aparentemente simple de aceleración y desaceleración requiere una serie de equipos eléctricos relacionados, como equipos de transmisión y convertidores de tracción. Esto requiere garantizar que la corriente y el voltaje requeridos por varios dispositivos sean extremadamente precisos y confiables.
Bajo las condiciones técnicas actuales, sólo los IGBT de alta potencia pueden cumplir este exigente requisito.
Y durante el proceso de desaceleración, mediante la acción de los IGBT, la energía generada por la desaceleración del tren puede convertirse en energía eléctrica y retroalimentarse a la red eléctrica.
Se puede decir que el dispositivo IGBT es el “corazón” de la operación del tren.
¿Es difícil desarrollar IGBT?
Igual que el desarrollo tradicional de chips para teléfonos móviles.
Las industrias upstream de la industria IGBT incluyen principalmente materiales semiconductores, como obleas de silicio, fotorresistentes, etc. y equipos relacionados como alineadores de mascarillas, máquinas de grabado, etc.
Según el proceso de fabricación de chips, la industria IGBT se puede dividir en tres partes: diseño de chips, fabricación de obleas, empaquetado de módulos y pruebas.
Sin embargo, en comparación con la tecnología y el equipo de fabricación de los chips de teléfonos móviles, los requisitos para los chips IGBT no son tan altos.
Además, los chips IGBT de diferentes niveles de potencia también tienen diferentes tamaños. En términos generales, cuanto mayor sea el nivel de potencia, mayor será el tamaño del chip.
Actualmente las líneas de producción de productos IGBT más competitivas son las de 8 y 12 pulgadas.
El fabricante líder mundial es la alemana Infineon, que produce en masa productos IGBT en líneas de producción de 12 pulgadas.
La mayoría de los fabricantes nacionales de obleas todavía están estancados en la etapa de productos de 6 pulgadas. En la actualidad, China cuenta con Shenzhen BYD, Zhuzhou CRRC Times y Huahong Lihong logrando una producción en masa de productos de 8 pulgadas. Sin embargo, la tasa de rendimiento de sus productos aún está por detrás del nivel líder internacional.
Por último, las industrias downstream de la industria IGBT.
Incluye una amplia gama de mercados de aplicaciones. IGBT se utiliza ampliamente en control industrial, vehículos de nueva energía, electrónica de consumo, almacenamiento de energía, transporte ferroviario, electrodomésticos y otros campos.
La tecnología IGBT ha estado monopolizada durante mucho tiempo por unos pocos países económicamente desarrollados.
Por ejemplo, todos los módulos IGBT utilizados en los vehículos ferroviarios de China se importan de Alemania y Japón, especialmente los equipos IGBT de alta gama.
En 2008, se inauguró el primer ferrocarril de alta velocidad de China entre Beijing y Tianjin, y posteriormente se abrieron más líneas ferroviarias de alta velocidad, por lo que la demanda de IGBT aumentó exponencialmente.
Una EMU estándar de 8 trenes requiere 152 chips IGBT, y el costo de este chip por sí solo llega a casi 2 millones de yuanes. La fabricación de trenes de alta velocidad de China necesita comprar más de 100.000 módulos IGBT del extranjero cada año, con fondos para adquisiciones que superan los 654.380 millones de yuanes.
En junio de 2014, después de seis años de incansables esfuerzos, el chip IGBT de 8 pulgadas desarrollado independientemente por mi país con todos los derechos de propiedad intelectual salió con éxito de la línea de producción.
Rompiendo la historia de los semiconductores a gran escala sin chips independientes, esto marca el primer "núcleo chino" para nuestro tren de alta velocidad.
Finalmente, ballena, quiero decir:
Hace más de diez años, los chips IGBT estaban básicamente dominados por Europa y Japón.
El IGBT para trenes de alta velocidad está monopolizado por Mitsubishi Heavy Industries de Japón, y el IGBT para vehículos eléctricos está monopolizado por Infineon de Alemania.
Hoy en día, las empresas nacionales han comenzado a incrementar sus esfuerzos en la investigación y el desarrollo independientes de chips IGBT. Entre los más famosos se encuentran Shenzhen BYD, Zhuzhou CRRC Times Electric, Hangzhou Silanwei, etc.
De los 254 estándares importantes para EMU de alta velocidad actualmente involucrados en Fuxing, los estándares chinos representan el 84%.
La velocidad del tren de alta velocidad depende totalmente de la correa del motor.
El corazón de Fuxing es también el motor de tracción. Tiene 1152 chips IGBT. Actualmente, la línea de producción desarrollada independientemente por Zhuzhou CRRC puede producir 500.000 chips IGBT por año.
Los chips IGBT producidos por China CRRC no solo pueden satisfacer sus propias necesidades, sino también cumplir con los estándares para exportar al extranjero, alcanzando niveles de clase mundial.
Hay que decir que la importancia de los estándares chinos es que cada avance fundamental conduce a la actualización de todo el sistema. Y cada actualización del sistema eventualmente traerá la fabricación china al mundo.