¡Es el componente central del tren de alta velocidad! ¡También contiene el alma de la nueva industria energética!

Hola a todos, soy el presidente de la Comuna del Vehículo Eléctrico.

Cuando se trata de tren de alta velocidad, creo que la primera impresión de todos es que es rápido, estable y seguro, y se ha consolidado firmemente como el tren número uno del mundo.

El viaje de 1.200 kilómetros desde Beijing a Shanghai lleva más de diez horas, pero el tren de alta velocidad sólo tarda cuatro horas y media.

Si tuvieras que poner a prueba a todos, ¿cuáles son los componentes principales del tren de alta velocidad? Creo que mucha gente no sería capaz de imaginarlo.

No se trata ni de una unidad motora que permita al tren alcanzar una velocidad máxima de 350 km/h y una potencia de decenas de miles de kilovatios, ni de una red de líneas de transmisión ferroviaria de alta velocidad que pueda suministrar energía de forma continua. , ¡sino un chip IGBT del tamaño de nuestras uñas!

En pocas palabras, la velocidad de aceleración, la velocidad máxima, el consumo de energía, si puede arrancar instantáneamente, si puede conducir cómodamente y si puede detenerse de manera estable, todo depende de este pequeño IGBT.

Sin embargo, desde el nacimiento del chip IGBT de primera generación en 1988, la tecnología central de su fabricación ha estado firmemente en manos de gigantes extranjeros como Infineon y Mitsubishi. Incluso los trenes de alta velocidad a nivel nacional tienen que gastar enormes sumas de dinero en adquisiciones externas.

Tomemos como ejemplo el año 2008. Cuando el "maníaco de las infraestructuras" instaló rápidamente trenes de alta velocidad en todos los rincones del país, un tren de 8 vagones requería 152 chips y costaba hasta 2 millones de yuanes.

¡La demanda anual de 100.000 chips, redondeada hacia arriba, es de 1.300 millones!

Tomemos a Mitsubishi de Japón, por ejemplo. Ha ganado mucho dinero simplemente monopolizando los grandes pedidos del tren de alta velocidad de China, e incluso abandonó estratégicamente el mercado de bajo voltaje de 2.500 voltios. De todos modos, China nos apoya y tenemos todo en qué confiar.

Entonces, ¿cuál es el origen de esta pequeña parte?

¿Cómo afectará este componente central del mismo modelo ferroviario de alta velocidad a la nueva industria energética?

Hoy, el presidente vendrá a hablarles brevemente sobre IGBT.

01. IGBT, ¿qué es?

IGBT, cuyo nombre científico es transistor bipolar de puerta aislada, es un dispositivo semiconductor de potencia compuesto totalmente controlado y controlado por voltaje.

¿Estás confundido? No importa, escuche la explicación del presidente:

Sabemos que los metales tienen mejor conductividad eléctrica y son conductores; las cerámicas y los plásticos tienen mala conductividad eléctrica y son aislantes.

Los materiales con propiedades conductoras entre ambos son semiconductores.

Si las propiedades conductoras de los semiconductores pueden controlarse artificialmente, ¡pueden desempeñar un papel inimaginable en la vida diaria!

Nuestro protagonista de hoy, el IGBT, es un semiconductor de conductividad controlable.

En pocas palabras, IGBT es un interruptor que controla el encendido o apagado del circuito.

Cuando está encendido, puede soportar decenas a cientos de amperios de corriente;

Cuando está apagado, puede soportar voltajes de cientos a miles de voltios.

La característica más importante de IGBT es que a este nivel de corriente y voltaje, ¡puede conmutar casi 10.000 veces por segundo (10 kHz)!

Siempre que se utilice modulación de ancho de pulso, la corriente de entrada se puede convertir fácilmente en corriente alterna a la frecuencia requerida por las personas.

Esta electricidad se puede utilizar para accionar el motor de CA del tren de alta velocidad. Además, también puede cambiar la velocidad del motor cambiando la frecuencia de la corriente alterna, logrando así el propósito de cambiar la velocidad del tren de alta velocidad. ¿No es asombroso?

IGBT es un dispositivo central responsable de la conversión y transmisión de energía, por lo que también se le llama "CPU" de los dispositivos electrónicos de potencia.

Por lo tanto, no sorprende que IGBT ocupara el segundo lugar entre los 16 principales proyectos de avance tecnológico del país durante el período del "Duodécimo Plan Quinquenal".

02. ¿Qué importancia tiene el IGBT en un vehículo de nueva energía?

Al igual que el tren de alta velocidad, los IGBT son también el componente central de los vehículos de nueva energía, además de las baterías.

Esto se puede comprobar en el coste:

Además de la batería de potencia, el segundo componente más caro para fabricar un vehículo de nueva energía es el IGBT.

Como núcleo del sistema de propulsión del motor, el coste del IGBT representa casi el 10 % del coste de fabricación del vehículo.

Sin mencionar que el costo de la materia prima de la pila de carga de CC 30 debe entregarse a IGBT, un gran quemador de dinero.

IGBT puede invertir la potencia de salida de CC de alta potencia de la batería en energía de CA, proporcionarla al motor de CA y cambiar la velocidad del motor de CA mediante conversión de frecuencia y conversión de voltaje, cambiando así con precisión la la velocidad de conducción y las capacidades de aceleración del vehículo.

Cuando se carga con una pila de carga de CA, el IGBT también debe convertirse en corriente continua y el voltaje aumenta al voltaje del paquete de baterías antes de que se pueda cargar el paquete de baterías. Esto también afecta la eficiencia y la velocidad de carga de los vehículos de nueva energía.

Lo mismo ocurre con las pilas de carga de CC, excepto que el proceso de conversión de energía se coloca en la pila de carga.

Esto aún no ha terminado.

No solo los motores utilizan IGBT, sino que los generadores y las piezas de aire acondicionado de los vehículos de nueva energía también requieren que los IGBT funcionen juntos.

El principio es similar al de un sistema de accionamiento de motor, excepto que cambia de un inversor de alta potencia a un inversor de baja potencia y la corriente será menor.

Por tanto, la calidad de los IGBT afectará directamente al rendimiento más intuitivo de los vehículos de nuevas energías como la potencia, la eficiencia, el consumo energético, etc. Es comprensible que el coste sea tan elevado.

En 2016, las ventas mundiales de vehículos eléctricos (incluidos los vehículos comerciales) fueron de aproximadamente 2 millones y el costo de compra de IGBT fue de casi 900 millones de dólares. En promedio, un vehículo cuesta 450 dólares. Vehículo eléctrico El componente más caro del coche además de la batería.

Por ejemplo, el modelo Tesla. El coste es de 650 dólares.

Si se utiliza un módulo IGBT más completo, el coste puede superar los 1.500 dólares...

Toyota, la empresa automovilística más grande del mundo por valor de mercado, desarrolló la energía híbrida ya en el siglo XIX. Década de 1990 Al realizar el modelo, decidí que el núcleo del control electrónico, IGBT, debía estar completamente en mis manos.

Según el presidente Akio Toyoda: "IGBT es tan importante como el motor".

Así, Toyota se convirtió naturalmente en la única empresa automovilística del mundo que desarrollaba y producía IGBT por sí misma en ese momento. También contó con su buen amigo y proveedor oficial Denso, para que todos pudieran ganar dinero juntos.

Ya en 2014, el Instituto Central de Investigación de Toyota cooperó con Denso para desarrollar el nuevo chip IGBT más importante del mundo.

Pero esto no es suficiente: Toyota ocupa el primer lugar del mundo en ventas, pero ¿qué debemos hacer si no tenemos suficiente capacidad de producción?

Como resultado, Toyota utilizó Denso para invertir en Infineon, el gigante alemán de semiconductores para automóviles y el proveedor de IGBT de grado automotriz más importante del mundo.

Una vez atado (secuestrado) de esta manera, ya no tendrás que preocuparte por la seguridad del suministro.

Esto también comprueba desde el exterior la importancia que tienen los IGBT para una empresa de automóviles.

03. El futuro de los IGBT

Actualmente, a nivel mundial, los IGBT han alcanzado las 7,5 generaciones.

La Comuna de Vehículos Eléctricos ha clasificado las rutas de desarrollo de los IGBT en las generaciones pasadas para todos:

El rendimiento de la 1.ª a la 5.ª generación ha mejorado significativamente en comparación con la generación anterior. , pero a partir de la sexta generación Desde principios del siglo XIX, no es exagerado decir que la pasta de dientes se ha ido exprimiendo lentamente. No ha habido mucho crecimiento rápido en la tecnología en los últimos 20 años.

Esto se debe a limitaciones materiales.

El sistema de accionamiento de dispositivos de potencia basado en silicio (Si) utilizado en IGBT se ha acercado o incluso tocado el techo del propio material.

Para lograr más avances, es necesario un nuevo tipo de material.

En este momento apareció el SiC (carburo de silicio) con mayor rendimiento.

Los dispositivos de SiC no solo aumentan la frecuencia de funcionamiento 2,5 veces, el voltaje de bloqueo 10 veces y reducen la pérdida operativa en aproximadamente un 80%, sino que también aumentan la temperatura de la unión operativa de 175°C a 600° C, y la densidad de potencia también se ha mejorado aún más.

En términos humanos, significa que los vehículos de nueva energía pueden tener una mayor duración de la batería y velocidades de carga más rápidas.

Aunque el SiC es 6 veces más caro que el Si normal, todavía se gana el favor de muchos fabricantes debido a su potente rendimiento.

El Tesla Model 3 es el primer vehículo de nuevas energías que toma la iniciativa.

Después de usar SiC, ya no me duelen la cintura ni las piernas. Puede alcanzar una excelente autonomía de 664 km con solo una batería de 75 kWh.

La sobrecarga V3 puede recuperar 250 kilómetros de duración de la batería en solo 15 minutos, lo que también es inseparable del soporte de SiC para la carga rápida.

Se puede decir con responsabilidad que el SiC es la tendencia del futuro y el núcleo absoluto de los sistemas de control electrónico.

Pero el SiC no está exento de defectos.

El umbral técnico del SiC es muy alto, por lo que la capacidad de producción es limitada. El elevado coste también hace que esté disponible sólo para productos de alta gama.

A día de hoy todavía estamos en el periodo de transición de IGBT a SiC.

Solo después del avance tecnológico y la reducción de costos se podrá popularizar y aplicar a gran escala.

04. Situación actual interna

Se puede decir que el estatus de los IGBT en China es igual al del petróleo.

Según estimaciones del famoso banco de inversión Morgan Stanley, el mercado nacional de IGBT alcanzará una escala de 19.200 millones de yuanes en 2020, lo que representa el 35,6% de la cuota de mercado mundial. Entre ellos, el 27% del mercado, unos 5.100 millones de yuanes, pertenece a los vehículos de nueva energía, que pueden considerarse un gran consumidor de núcleos.

Sin embargo, el nivel técnico nacional todavía está rezagado y solo puede contribuir con menos del 20% de su capacidad de producción. Los chips IGBT siguen dependiendo en gran medida de las importaciones.

En este momento, BYD tomó la iniciativa para ponerse de pie.

Ya en 2003, antes de que BYD comenzara a fabricar automóviles, ya había comenzado a diseñar IGBT. En 2005, se completó el equipo de I+D. Por no hablar de los coches eléctricos, Toyota es la única empresa que produce en masa coches híbridos.

Aquí también hay un episodio interesante.

BYD, que no tenía nada que ver con la industria de semiconductores en ese momento, se enamoró de la patente de la línea de producción de semiconductores de 6 pulgadas de Ningbo Zhongwei.

Aprovechando la insolvencia y declaración de quiebra de Ningbo Zhongwei, BYD utilizó sólo 1/10 de su inversión ese año, o 170 millones de yuanes, para realizar una adquisición de robos.

Por lo general, este acuerdo es de nivel de libro de texto, tanto desde una perspectiva de diseño estratégico como desde una perspectiva económica.

La gente no lo creyó y la industria fue aún más crítica. Esto se refleja en el precio de las acciones, que se desplomó un 30% en minutos.

Pero afortunadamente, tiene talentos y líneas de producción. Después de una investigación intensiva, BYD superó con éxito la evaluación de logros científicos y tecnológicos a nivel nacional y logró un gran avance en chips IGBT de 0 a 1, rompiendo la tecnología. monopolio de gigantes internacionales.

Tú también conoces el resto de la historia. A finales de 2018, BYD lanzó su tecnología "IGBT4.0" desarrollada de forma totalmente independiente, anunciando al mundo que, al igual que Toyota, tiene una cadena industrial IGBT completa de clase mundial.

Esta espera es de casi 20 años.

En cuanto al material semiconductor SiC de próxima generación, BYD también ha invertido mucho en producción e investigación y desarrollo. Se ha aplicado parcialmente en BYD Tang EV para mejorar la eficiencia de carga de Tang EV. Y se dice que el SiC también se aplicará por completo en el próximo BYD Han. Los amigos que presten atención a BYD Han pueden esperar el rendimiento de la duración de la batería y la potencia de carga rápida de Han.

Además de BYD, otras empresas nacionales de semiconductores tampoco están inactivas.

A principios de este año, Jiaxing Star Semiconductor Co., Ltd., una empresa china con las diez principales cuotas de mercado mundiales de IGBT, cotizó oficialmente en el tablero principal.

Junto con la estatal Zhuzhou CRRC Times Electric Co., Ltd., dos empresas chinas se han colado entre las 15 principales cuotas del mercado mundial de IGBT.

Otras empresas también se están poniendo al día e intentando cerrar la brecha con los fabricantes de talla mundial.

El presidente también cree que en el futuro surgirán más empresas chinas destacadas entre el Top 15.

Escribe al final

El 13 de julio de 1956, Jiefang, el primer automóvil independiente producido en China, salió oficialmente de la línea de montaje. Si bien todo el país se regocija, también presagia la apertura oficial de un nuevo capítulo en la industria automotriz nacional.

En esa era de los vehículos de combustible, la industria automovilística nacional se ha visto obstaculizada por las cajas de cambios y no se ha desarrollado.

La caja de cambios, al igual que los IGBT, es un componente central y la tecnología central también está en manos de otros.

¿Lo quieres? Lo siento, cómpralo con dinero. Las ganancias, naturalmente, se dividirán en 30:70.

Tú eres tres, los demás son siete.

A los ojos de la otra parte, esto es simplemente ganar dinero de rodillas. No es un mal negocio.

En los últimos años, la industria del automóvil ha entrado en la era de la electrificación.

Siguiendo el lema nacional de "adelantar en las curvas", varias empresas nacionales han comenzado a intensificar la investigación y el desarrollo independientes de sistemas trieléctricos.

Además de BYD, que posee tres fuentes de alimentación e IGBT, se ha levantado el gigante de las baterías CATL

Nio, que salió a bolsa en Estados Unidos; , ha salido;

Están Xiaopeng, Ideal y una gran cantidad de empresas proveedoras detrás de ellas, persiguiéndolas en pequeños pasos...

Poco a poco, la gente descubrió que entre políticas y Con el apoyo de la tecnología, Wen Yiwu, aún puedes estar de pie y ganar dinero mientras estás de pie.

Cuanto más recta sea la cintura, más fuerte será el habla.

Tengo muchas ganas de que llegue el día en que los vehículos nacionales de nueva energía dependan de su propia potencia para salir al extranjero y globalizarse, convirtiéndose en líderes de la industria.

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Este artículo proviene del autor de Autohome Chejiahao y no representa los puntos de vista ni las posiciones de Autohome.