它是高铁最核心的部件！也把握着新能源行业的命脉！

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大家好，我是电动车公社的社长。
说到高铁，相信大家的第一印象，都是又快、又稳、又安全，坐实了世界第一的名号。
从北京去上海，1200公里自驾要十几个小时，但高铁却只要4个半小时。
如果考一考大家，高铁的核心部件是什么，相信很多人都想象不到。
既不是能让列车达到350km/h极速、功率上万千瓦的电机组，也不是能够源源不断提供电力的高铁输电线路网，而是只有我们指甲大小的IGBT芯片！
简单来说，高铁的加速快慢、最高时速多少、电耗高低、能不能瞬间起跑、能不能舒适行驶、能不能稳定停车，都要看这块小小的IGBT。
然而，自从1988年第一代IGBT芯片诞生以来，其制造的核心技术就一直牢牢掌握在英飞凌、三菱等海外巨头手里。即使是国家级别的高铁列车组，也不得不斥巨资对外采购。
就拿08年来说，随着“基建狂魔”迅速把高铁铺设到全国每一个角落，一趟8节车厢的列车就需要152个芯片，成本高达200万元。
每年10万个芯片的需求，四舍五入就是13个亿！
就拿日本三菱来说，单是垄断了中国高铁的肥单，就已经赚得盆满钵满，甚至战略性地放弃了2500伏的低压市场。反正有中国养着，有恃无恐。
那么，这个小小的零件，到底是什么来头？
这个高铁同款的核心部件，又会对新能源行业产生怎样的影响？
今天，社长就来和大家简单聊一聊IGBT的事情。
01.IGBT，是什么来头？
IGBT，学名绝缘栅双极型晶体管，是一种复合全控型电压驱动式功率半导体器件。
是不是有点听不懂了？没关系，听社长给大家解释：
我们知道，金属导电性能比较好，属于导体；陶瓷、塑料导电性能不好，属于绝缘体。
导电性能介于二者之间的材料，就是半导体了。
如果能够人为地控制半导体的导电性能，就能在日常生活中发挥想象不到的作用！
咱们今天的主角IGBT，就是这样一种导电性可控的半导体。
简单来说，IGBT就是一个控制电路非通即断的开关。
它导通的时候，可以承受几十到几百安培的电流；
它关断的时候，可以承受几百至几千伏特的电压。
而IGBT最大的特点，就是在这个级别的电流和电压下，一秒钟可以开关近万次（10kHz）！
只要通过脉宽调制，就能轻松地把输入的电流变成人们所需频率的交流电！
这个电，就可以用来驱动高铁的交流电机了。并且，还能通过改变交流电的频率来改变电机的转速，从而达到为高铁变速的目的。是不是很神奇？
IGBT，就是这样一种负责能源转换与传输的核心器件，因此也被称为电力电子装置的“CPU”。
所以，IGBT被列入位居“十二五”期间国家16个重大技术突破专项中的第二位，也就不足为奇了。
02.对一台新能源车来说，IGBT能有多重要？
和高铁一样，IGBT也一样是新能源车上除了电池之外，最核心的零部件。
这一点，从成本上就能看出来：
除了动力电池之外，一台新能源车制造成本第二高的零部件，就是IGBT。
作为电机驱动系统的核心，IGBT的成本，要占到整车制造成本的将近10%！
就更不用说，直流充电桩30%的原材料成本，都要交给IGBT这个烧钱大户了。
IGBT能够把电池输出的大功率直流电逆变成交流电，提供给交流电机，并通过变频、变压改变交流电机的转速，从而精准地改变车辆行驶的速度和加速能力。
在用交流充电桩充电的时候，也同样需要IGBT转变成直流电，并把电压提高到电池组的电压，才能给电池组充电。这也影响了新能源车的充电效率和充电速度。
直流充电桩也一样，只不过把变电的过程放到了充电桩里。
这还没完。
不仅电机驱动要用到IGBT，新能源车的发电机和空调部分，也需要IGBT协同工作。
原理嘛，和电机驱动系统差不多，只不过从大功率逆变变成了小功率逆变，电流会更小一些。
所以，IGBT的好坏，会直接影响功率、效率、能耗等等这些新能源车最直观的性能表现，成本这么高也就可以理解了。
在2016年，全球的电动车（含商用车）销量约200万辆，采购IGBT的成本就要差不多9亿美元，平均下来一台车要花掉450美元，是电动车里除电池外最昂贵的部件。
例如特斯拉Model X，在极致控制成本的思路下，采用了英飞凌提供的132个IGBT单管来进行控制，其中前电机36个，后电机96个，总成本是650美元。
如果使用更加完善的IGBT模块，成本可能会突破到1500美元……
而全球车企市值第一的丰田，早在上世纪90年代开发混合动力车型的时候，就认定电控的核心——IGBT，必须要完全掌握在自己手中。
按照社长丰田章男的说法就是：“IGBT具有与发动机同等的重要性”。
所以，丰田理所当然地成为了当时全球唯一一家自研自产IGBT的车企，还拉上了自己的好基友、御用供应商电装，大家有钱一起赚。
早在2014年，丰田中央研究所就和电装合作，开发出了世界顶尖的新型IGBT芯片。
但这还不够：丰田销量全球第一，产能不足怎么办？
于是乎，丰田借助电装之手，投资德国汽车半导体巨头、也是世界上最重要的车规级IGBT供应商英飞凌。
这样一绑定（绑架），就再也不用担心供应安全问题了。
这也从侧面验证了，IGBT对于一家车企来说，到底有多重要。
03 . IGBT的未来
目前，在世界范围内，IGBT已经发展到了7.5代。
电动车公社为大家整理了一下历代IGBT的发展路线：
1-5代的性能比起上一代都有着较大幅度的提升，但从第六代开始，说是慢慢“挤牙膏”也不为过，20年间的技术并没有太多突飞猛进的增长。
这是因为材料的限制。
IGBT使用的硅（Si）基功率器件驱动系统，已经逼近、甚至触及了材料本身的天花板。
想要进一步突破，必须要有一种新型材料。
这时，性能更强的SiC（碳化硅），出现了。
SiC器件不仅提高了2.5倍的工作频率和10倍的阻断电压、降低了大约80%的工作损耗，还把工作结温从175℃提升到了600℃，功率密度也得到了进一步提升。
说人话，就是能让新能源车获得更长的续航和更快的充电速度。
尽管SiC的成本比普通Si价格贵6倍，但依然凭借强大的性能，获得了众多厂商的青睐。
特斯拉Model 3，就是第一台吃螃蟹的新能源车。
用上SiC以后，腰不酸了腿也不痛了，仅用75kWh的电池包就能跑出664km续航的优异成绩。
V3超充仅需15分钟就能补充250公里续航，同样离不开SiC对升压充电的支持。
可以负责任地说，SiC就是电控系统未来的趋势和绝对的核心。
但SiC也不是没有缺点。
SiC的技术门槛很高，所以产能有限。高昂的成本，也使得只有高端产品才能使用它。
截止到目前，也还在IGBT到SiC的过渡期。
只有技术进步、成本降低以后，才能大规模普及和应用。
04.国内的现状
IGBT在中国的地位，可以说和石油旗鼓相当。
根据著名投行摩根士丹利的预计， 2020年国内的IGBT市场将达到192亿元人民币的规模，占全世界市场份额的35.6%。其中27%的份额、大约51亿元的市场当属新能源汽车，堪称用芯大户。
但国内的技术水平却依然落后，只能贡献不到20%的产能，IGBT芯片依然严重依赖进口。
这时候，是比亚迪率先站了出来。
早在2003年比亚迪还没开始造车的时候，就已经开始着手布局IGBT，2005年研发团队都搭建完毕了。那会别说电动车了，量产的混动车都只有丰田一家。
这里还有个有意思的小插曲。
当时和半导体行业还八竿子打不着的比亚迪，看中了宁波中纬的6英寸半导体生产线专利。
趁着宁波中纬资不抵债、宣布破产的机会，比亚迪仅用了当年投资额的1/10、也就是1.7亿元，趁火打劫般地进行了收购。
按说，无论是从战略布局的角度，还是从经济的角度，这笔交易都堪称教科书级别。
人们却并不买账，业界更是骂声一片。体现在股价上，分分钟就是暴跌30%。
但好在有了人才、又有了产线，潜心钻研后的比亚迪，成功通过了国家级的科技成果鉴定，实现了IGBT芯片从0到1的巨大突破，打破了国际巨头的技术垄断。
后面的故事，你们也知道了。2018年底，比亚迪发布了全面自主研发的“IGBT4.0”技术，也向世界宣告自己和丰田一样，拥有了世界一流的完整IGBT产业链。
这一等，就是将近20年。
至于下一代半导体材料SiC，比亚迪也斥巨资投入生产研发，目前已经在比亚迪唐EV上部分应用，来提高唐EV的充电效率。而且据说，在即将发布的比亚迪汉上，也会全面应用SiC。关注比亚迪汉的小伙伴们，可以好好期待一下汉的续航表现和快充功率了。
除了比亚迪，国内其他的半导体企业也没闲着。
今年年初，全球IGBT市场份额前十的中国企业——嘉兴斯达半导体股份有限公司，正式在主板敲钟上了市。再加上国有控股的株洲中车时代电气股份有限公司，全球IGBT市场份额Top15中，已经挤进了两家中国企业。
其他企业，也在奋起直追，努力抹平和世界一流厂商之间的差距。
社长也相信，未来的Top15里，一定会涌现更多优秀的中国企业。
写 在 最 后
1956年7月13日，中国生产的第一台自主汽车解放正式下线。举国欢腾的同时，也宣告着国内汽车工业新的篇章正式拉开序幕。
在那个属于燃油车的时代，国内的汽车工业却一直被变速箱掣肘，没有发展起来。
变速箱和IGBT一样，都是核心零部件，核心技术也都是掌握在别人手里。
想要？对不起，拿钱来买。利润，自然也要三七分成。
你三，人家七。
在对方眼里，这就是跪着挣钱，生意嘛，不寒碜。
时间拨转到近几年，汽车行业进入了电气化时代。
随着国家一句“弯道超车”的口号，国内各类企业开始加紧对三电系统进行自主研发。
除了自持三电和IGBT的比亚迪以外，
电池巨头宁德时代，站起来了；
赴美上市的蔚来，走出去了；
后面还有小鹏、理想、以及一大批供应商企业，在小步快跑地追赶着……
慢慢地，人们发现，在政策和技术这一文一武的支持下，?就是能站着，还能站着把钱挣了。
腰杆子挺直了，说话也就硬气了。
我很期待，国内的新能源车凭借自己的硬实力，走出国门、走向世界，成为行业佼佼者的那一天。
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