電動客車如何節(jié)能？IGBT起到很關(guān)鍵的作用

為什么在介紹比亞迪的IGBT前我們要舉以上這樣一個例子呢?因為這就是很具代表性的技術(shù)壟斷，如果不掌握核心技術(shù)，產(chǎn)品的發(fā)展只能聽從別人的發(fā)號施令。十幾年前，中國開始逐漸普及電動汽車，在攻克了電池、電機(jī)這兩個技術(shù)核心以后，整套電子控制系統(tǒng)就成為了下一個攻堅目標(biāo)。此前電動汽車電子芯片一直處于被日本和歐洲廠商壟斷的局勢，國產(chǎn)的純電動汽車要想得到可靠的性能，必須要采購國外的芯片。

2009年比亞迪研制的第一代IGBT晶硅，又被稱為IGBT 1.0。

IGBT學(xué)名絕緣柵雙極晶體管，如果去網(wǎng)上查詢一般只能查詢到非常“硬核”的干貨，雖說介紹的非常專業(yè)且詳細(xì)，但是讓人實在難啃。筆者稍微整理了一下給大家普及一下， IGBT簡單來說就是介于電池和電機(jī)之間的芯片，更籠統(tǒng)一點可以說是電動汽車電力系統(tǒng)的“CPU”，也可以看做為一個電路開關(guān)。IGBT由MOSfet絕緣柵型場效應(yīng)管和BJT雙極型三極管組成，MOSfet的特點是擁有高輸入阻抗，而雙極型三極管能達(dá)到大電流的效果。

比亞迪K9的輪邊電機(jī)驅(qū)動橋

IGBT主要用途就是對直流電或者交流電進(jìn)行高頻切割，通過高頻驅(qū)動，對電能進(jìn)行變換。我們舉個例子，一般的車載鐵鋰電池在300VDC以上，而比亞迪K9純電動公交上搭載的永磁同步電機(jī)的輸入電壓為540VDC，這時候我們就可以通過控制IGBT來將電池輸出的電流提升成540VDC。

要知道車載電池輸出的是直流電壓，部分新能源車輛上面也有搭載交流電機(jī)或者是其他使用交流電的設(shè)備，而IGBT還能起到將電池輸出的直流電逆變成交流電的作用。例如使用交流電機(jī)的新能源汽車，IGBT可以合理的控制輸出的交流電壓和頻率，能夠使交流電機(jī)的協(xié)調(diào)性提升很多。而我們所熟知的高鐵動車，采用的就是IGBT直流逆變交流牽引這一套原理。

其實新能源汽車逐漸普及，發(fā)展IGBT也成為了國內(nèi)電動汽車產(chǎn)商主要的目標(biāo)，但是由于技術(shù)水平受到限制，所以說一直難以起步。大多數(shù)新能源廠商，還是需要依靠進(jìn)口IGBT來實現(xiàn)生產(chǎn)。比亞迪2005年開始研發(fā)IGBT，期間分別推出過IGBT 1.0、IGBT 2.0、IGBT 2.5。2017年比亞迪推出了全新的IGBT 4.0，在技術(shù)方面有非常大的提升。當(dāng)然很多人就會問，這個IGBT的技術(shù)提升，到底對整個電動汽車的電動系統(tǒng)，有什么影響呢?

IGBT技術(shù)主要分為三種，第一代是80年代日本英飛凌的PT技術(shù);第二代是90年代德國西門子的NPT技術(shù);第三代是2000年以后德國西門子的FS技術(shù)。比亞迪從NPT開始研發(fā)，經(jīng)歷了三代NPT產(chǎn)品，在4.0上革新到了FS技術(shù)。FS技術(shù)的厚度相比NPT技術(shù)要薄三分之一，也就是能夠?qū)⒂昧系腻X花在生產(chǎn)工藝上面，價格基本上是不會有太大的變化。

而IGBT最關(guān)鍵的數(shù)值就是Eoff(關(guān)斷損耗：代表每次開關(guān)的時候產(chǎn)生的損耗。)和VCEast(飽和電壓：IGBT額定電流通過時上的電位差)，這兩者直接影響IGBT的能量損耗，肯定是越低越好。當(dāng)然這兩者之間的關(guān)系就像蹺蹺板的兩端一樣，一邊低了另一邊肯定就會偏高。而比亞迪的IGBT 4.0相比2.5，在關(guān)斷損耗和飽和電壓兩方面均有穩(wěn)步的降低，沒有出現(xiàn)低了一個另一個偏高的現(xiàn)象。

而IGBT在傳輸電流的過程中，除了自身產(chǎn)生的損耗以外，還會因為發(fā)熱而產(chǎn)生能量損耗。IGBT 4.0配套的雙面水冷模塊，也能夠解決IGBT的散熱問題。整體優(yōu)化后的IGBT 4.0功耗能夠降低20%，電流輸出能力能夠提高15%。

現(xiàn)在很多人還在密切關(guān)注車載電池的能量密度，實際上電池已經(jīng)被開發(fā)到一種極限了，國內(nèi)的電池廠商可以說遇到瓶頸了。這樣人們可能會認(rèn)為要想提高電動汽車的續(xù)航能力，只能在電機(jī)上面下手了。實際上我們今天介紹的IGBT 4.0，在使用相同電池的情況下能夠一定程度提高續(xù)航能力。

當(dāng)然，在純電動轎車上很難感受出來，因為電量消耗最多的都是車輛加速的時候，而城市公交更需要頻繁的負(fù)載起步，這個過程需要電機(jī)輸出最大扭矩，也是電量消耗最大的時候。如果選裝IGBT 4.0，優(yōu)化車輛加速情況下的電耗，那么車輛的能耗肯定會降低，公交車的續(xù)航能力就會穩(wěn)步的提升。畢竟IGBT這種實質(zhì)性的東西，會比通過輕量化和各種優(yōu)化來的更實在一些。

目前，比亞迪的IGBT 4.0還沒有應(yīng)用到電動汽車上。但根據(jù)比亞迪介紹，新一代的IGBT 4.0產(chǎn)品很有可能會應(yīng)用到車用領(lǐng)域，未來也有可能會實裝到純電動客車上。所以說不要以為我們?nèi)粘Ｉ�活中乘坐的電動公交車�?ldquo;low”，其實科技含量是非常高的。