¡Es el componente central del tren de alta velocidad! ¡También contiene el alma de la nueva industria energética!
Hablando de tren de alta velocidad, creo que la primera impresión de todos es que es rápido, estable y seguro. Se ha convertido en el mejor del mundo.
De Pekín a Shanghái se necesitan más de diez horas para recorrer 1.200 kilómetros, pero el tren de alta velocidad sólo tarda cuatro horas y media.
Si pones a prueba a todos, ¿cuáles son los componentes principales del tren de alta velocidad? Creo que mucha gente no puede imaginarlo.
No se trata ni de un motor eléctrico que permite 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 continuamente proporciona energía, ¡pero un chip IGBT que es sólo del tamaño de nuestras uñas!
En pocas palabras, la 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 requieren la compra externa de enormes sumas de dinero.
Tomemos el año 2008 como ejemplo. Mientras los "maníacos de la infraestructura" despliegan rápidamente trenes de alta velocidad en todos los rincones del país, un tren de 8 vagones requiere 152 chips y cuesta hasta 2 millones de yuanes.
¡La demanda anual de más de 65438 millones de chips ronda los 1.300 millones!
Tomemos a Mitsubishi como ejemplo. Ganó mucho dinero simplemente monopolizando el tren de alta velocidad de China, e incluso abandonó estratégicamente el mercado de bajo voltaje de 2.500 voltios. De todos modos, con el apoyo de China, no hay nada que ocultar.
Entonces, ¿cuál es el origen de esta pequeña parte?
¿Qué impacto tendrá este componente central del ferrocarril de alta velocidad en la nueva industria energética?
Hoy, el Presidente les dará una breve introducción a los IGBT.
01.IGBT, ¿qué pasa?
IGBT (nombre científico: transistor bipolar de puerta aislada) es un dispositivo semiconductor de potencia de accionamiento compuesto totalmente controlado por voltaje.
¿Estás un poco confundido? No importa, que te lo explique el presidente:
Sabemos que los metales tienen buena conductividad eléctrica y son conductores; las cerámicas y los plásticos tienen mala conductividad eléctrica y son aislantes.
Los materiales con conductividades intermedias son semiconductores.
Si la conductividad de los semiconductores se puede controlar artificialmente, ¡puede 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 si el circuito está encendido o apagado.
Cuando está encendido, puede soportar de decenas a cientos de amperios;
Cuando está apagado, puede soportar de cientos a miles de voltios.
La característica más importante de IGBT es que a este nivel de corriente y voltaje, ¡puede cambiar casi diez mil veces por segundo (10 kHz)!
¡Siempre que sea modulación de ancho de pulso, la corriente de entrada se puede convertir fácilmente en corriente alterna a la frecuencia que la gente necesita!
Esta electricidad se puede utilizar para accionar los motores de CA del ferrocarril de alta velocidad. Y la velocidad del motor se puede cambiar cambiando la frecuencia de la corriente alterna, logrando así el propósito del cambio de velocidad del ferrocarril 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 avances tecnológicos más importantes del país durante el período del "Duodécimo Plan Quinquenal".
02. ¿Qué importancia tienen los IGBT para los vehículos de nuevas energías?
Al igual que el ferrocarril de alta velocidad, los IGBT también son un componente central de los vehículos de nueva energía, además de las baterías.
Esto se puede ver en el coste:
Además de las baterías eléctricas, los IGBT son el segundo componente más caro de los vehículos de nueva energía.
Como núcleo del sistema de propulsión del motor, el coste del IGBT representa casi el 10 % del coste de fabricación del vehículo.
No hace falta decir que el 30 % del coste de la materia prima de las pilas de carga de CC se entregará a IGBT, una gran quema de dinero.
IGBT puede invertir la salida de energía CC de alta potencia de la batería en energía 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 Capacidades de velocidad y aceleración del vehículo.
Cuando se carga utilizando una pila de carga de CA, también es necesario convertir el IGBT en CC y aumentar el voltaje al voltaje del paquete de batería antes de cargar el paquete de batería. 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 requieren 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 sistema de accionamiento del motor, excepto que la corriente será menor cuando el inversor de alta potencia se reemplaza por un inversor de baja potencia.
Por tanto, la calidad de los IGBT afectará directamente a las prestaciones más intuitivas de estos vehículos de nuevas energías, como la potencia, la eficiencia, el consumo energético, etc. Es comprensible que el costo sea tan alto.
En 2016, las ventas globales de vehículos eléctricos (incluidos los vehículos comerciales) fueron de aproximadamente 2 millones y el costo de compra de IGBT fue de aproximadamente 900 millones de dólares. Dado que un automóvil cuesta promedio 450 dólares, es el componente más caro de un vehículo eléctrico además de la batería.
Por ejemplo, el modelo Tesla
Si se utiliza un módulo IGBT más perfecto, el coste puede superar los 65.438 dólares + 0.500 libras esterlinas...
Toyota, la empresa automovilística más grande del mundo por capitalización de mercado, desarrolló la energía híbrida en En la década de 1990, cuando se construyó el automóvil, se decidió que el núcleo de control electrónico IGBT debía estar completamente en sus propias manos.
Según el presidente Akio Toyoda, "IGBT es tan importante como el motor".
Entonces, por supuesto, Toyota se convirtió en la única compañía automovilística del mundo en desarrollar IGBT de forma independiente en ese momento, y también contrató a su buen amigo y proveedor real 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 eso no es suficiente: el volumen de ventas de Toyota es el primero del mundo. ¿Qué hacer si no hay capacidad de producción suficiente?
Así, con la ayuda de Denso, Toyota invirtió en Infineon, el gigante alemán de semiconductores para automóviles y el proveedor de IGBT más importante del mundo.
Con este tipo de vinculación (secuestro), ya no tienes 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 resuelto las rutas de desarrollo de los IGBT en generaciones anteriores:
En comparación con la generación anterior, el rendimiento de las generaciones 1 a 5 ha mejorado mucho, pero a partir de A partir de la sexta generación, no es exagerado decir que la pasta de dientes se va exprimiendo lentamente. La tecnología no ha crecido mucho en los últimos 20 años.
Esto se debe a limitaciones materiales.
El sistema de accionamiento del dispositivo de potencia basado en silicio (Si) utilizado por los IGBT se ha acercado o incluso tocado el techo del propio material.
Para lograr más avances, se necesitan nuevos materiales.
En esta época apareció el SiC (carburo de silicio) más potente.
Los dispositivos de SiC no solo aumentan la frecuencia de funcionamiento 2,5 veces y el voltaje de bloqueo 65.438+00 veces, sino que también reducen la pérdida operativa en aproximadamente un 80%. Además, la temperatura de la unión operativa aumenta de 65,438+075 ℃ a 600 ℃ y la densidad de potencia mejora aún más.
Tanren significa que los vehículos de nueva energía pueden lograr una mayor duración de la batería y velocidades de carga más rápidas.
Aunque el coste del SiC es 6 veces más caro que el del Si normal, todavía se gana el favor de muchos fabricantes por su potente rendimiento.
El Tesla Model 3 es el primer vehículo de nuevas energías que aprovecha el mercado.
Después de usar SiC, ya no me duele la cintura y ya no me duelen las piernas. Puedo recorrer 664 km de duración de la batería con solo una batería de 75 kWh.
El V3 se puede sobrecargar durante 250 kilómetros en sólo 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 permite utilizar únicamente productos de alta gama.
De momento, todavía se encuentra en el periodo de transición de IGBT a SiC.
Sólo cuando la tecnología avance y se reduzcan los costes podrá utilizarse ampliamente.
04. La situación actual en China
Se puede decir que el estatus de los IGBT en China es equivalente al del petróleo.
Según la predicción del famoso banco de inversión Morgan Stanley, el tamaño del mercado nacional de IGBT alcanzará los 654,38+09,2 mil millones de yuanes en 2020, lo que representa el 35,6% de la cuota de mercado mundial. Entre ellos, el 27% del mercado, alrededor de 5.100 millones de yuanes, son vehículos de nueva energía, que pueden considerarse grandes usuarios principales.
Sin embargo, los niveles tecnológicos nacionales todavía están rezagados y solo pueden contribuir con menos del 20% de la capacidad de producción. Los chips IGBT siguen dependiendo en gran medida de las importaciones.
En este momento, BYD tomó la iniciativa en ponerse de pie.
Ya en 2003, antes de que BYD comenzara a fabricar automóviles, comenzó a diseñar IGBT y completó el equipo de I+D en 2005. Entonces olvídate de los coches eléctricos. Toyota es el único coche híbrido producido en serie.
Aquí hay otro 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.
Mientras Ningbo Zhongwei estaba insolvente y en quiebra, BYD sólo utilizó 65.438+0/65.438+00 de la inversión de ese año, o 65.438+70 millones de yuanes, para aprovechar la situación y realizar una adquisición.
Por lo general, este acuerdo puede considerarse un nivel de libro de texto tanto desde el punto de vista estratégico como desde una perspectiva económica.
La gente no lo cree y la industria se queja aún más. Esto se reflejó en el precio de las acciones, que se desplomó un 30% en minutos.
Gracias al talento y las líneas de producción, BYD superó con éxito la evaluación nacional de logros científicos y tecnológicos, logró un gran avance en chips IGBT de 0 a 1 y rompió el monopolio tecnológico de los gigantes internacionales.
Ya conoces el resto de la historia.
A finales de 2018, BYD lanzó por completo su tecnología "IGBT4.0" de desarrollo propio y anunció al mundo que tiene una cadena industrial IGBT completa de clase mundial como Toyota.
Han pasado casi 20 años.
En cuanto al material semiconductor SiC de próxima generación, BYD también ha invertido mucho en producción e investigación y desarrollo, y se ha utilizado 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 siguen 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 una de las diez principales cuotas de mercado de IGBT del mundo, hizo sonar oficialmente la campana de las placas base. Junto con la empresa 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, intentando cerrar la brecha con los fabricantes de talla mundial.
El presidente también cree que en el futuro habrá más empresas chinas destacadas en el Top 15.
Escrito al final
El 13 de julio de 1956, 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 había estado restringida por las cajas de cambios y no se había 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, toma el dinero y cómpralo. Naturalmente, los beneficios se dividirán en tres partes.
Tú eres tres, los demás son siete.
A los ojos de la otra parte, esto es ganar dinero y hacer negocios de rodillas, no pobreza.
En los últimos años, la industria del automóvil ha entrado en la era de la electrificación.
Con el lema de "adelantar en las curvas", las empresas nacionales han comenzado a intensificar la investigación y el desarrollo independientes de tres importantes sistemas energéticos.
Además de Sanpower y BYD, que es autosostenible con IGBT,
el gigante de las baterías Contemporary Ampere Technology Co., Ltd. ha dado un paso adelante; Nio, que cotiza en los Estados Unidos, está fuera;
Detrás de escena están Xiaopeng, Ideal y una gran cantidad de empresas proveedoras, todas las cuales se están poniendo al día en pequeños pasos...
Poco a poco, la gente descubrió que con el apoyo de políticas y tecnología, es decir, poder ganar dinero estando de pie.
Cuando estés erguido, te resultará difícil hablar.
Tengo muchas ganas de que llegue el día en que los vehículos nacionales de nueva energía puedan salir al extranjero y globalizarse con su propia potencia y convertirse en líderes de la industria.
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Este artículo es de Autohome, el autor de Autohome, y no representa la posición de Autohome.