比亞迪電動汽車續航高能耗低的秘密 都在它身上了

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比亞迪電動汽車續航高能耗低的秘密 都在它身上了 歷史 第1張

如果比亞迪在2019年成功推出車規級的SiC功率半導體,並將之應用於旗下高性能車型上,比亞迪無疑將會確立其國內新能源市場一哥的地位,並且在性能和續航水平上真正的直逼特斯拉,與國內其他企業拉開差距。

所周知,比亞迪出品的新能源車型,無論純電動汽車還是插電式混合動力汽車,在純電動續航能力以及百公里電耗方面都是非常出色的。而且相對國內其他品牌在電機功率、充放電功率上較為保守的設計,比亞迪的高功率電機(普遍120-160kw)可以為車輛帶來更好的駕駛體驗,較大的充放電功率則使得車輛充電時間更短車輛極速更高。那麼,比亞迪可以將產品做到如此優秀的秘密究竟是什麼呢?

12月10日,比亞迪在寧波為我們揭曉了答案。比亞迪在寧波北侖擁有一座隸屬於第六事業部的功率半導體工廠,此次發布活動的主角正是出自該工廠的一種車用功率半導體——IGBT。在前三代技術的基礎上,比亞迪發布了在車規級領域具有標桿性意義的IGBT4.0技術,再一次展示出其在電動車領域的領先地位。這一晚,比亞迪將IGBT這個長期遊離於人們視野、但又堪稱電動車CPU的核心技術帶到了「聚光燈」下。

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活動現場

比亞迪電動汽車續航高能耗低的秘密 都在它身上了 歷史 第3張

比亞迪IGBT4.0晶圓

IGBT
(Insulated Gate Bipolar Transistor)全稱「絕緣柵雙極型晶體管」,其晶片與動力電池電芯並稱為電動車的
「雙芯」,是影響電動車性能的關鍵技術,其成本占整車成本的5%左右。對於電動車而言,IGBT直接控制驅動系統直、交流電的轉換,決定了車輛的扭矩和最大輸出功率等。得益於在IGBT等核心技術領域的強大實力,比亞迪電動車的超高續航和較低能耗才得以做到。

作為中國第一家做到車規級IGBT大規模量產、也是唯一一家擁有IGBT完整產業鏈的車企,此次發布會上,比亞迪還釋放了另一重磅消息:比亞迪已投入巨資布局性能更加優異的第三代半導體材料SiC(碳化矽),有望於2019年推出搭載SiC電控的電動車。預計到2023年,比亞迪旗下的電動車將全面搭載SiC電控。

比亞迪推出IGBT4.0

IGBT屬於汽車功率半導體的一種,因設計門檻高、製造技術難、投資大,被業內稱為電動車核心技術的「珠穆拉瑪峰」。此前,該技術主要掌握在國際巨頭手中。

製造IGBT難度極大,在大規模應用的1200V車規級IGBT晶片的晶圓厚度上,比亞迪處於全球先進水平,可將晶圓厚度減薄到120um(約兩根頭髮絲直徑)。

IGBT晶片打線

經過10餘年的技術積累,比亞迪IGBT不斷迭代更新。活動現場,中國電器工業協會電力電子分會秘書長蔚紅旗表示:「比亞迪在電動車功率半導體領域布局較早,而且真抓實幹,在電動車功率半導體領域創造了領先,中國的電動車發展不用擔心被‘卡脖子’了。」

此次推出的比亞迪IGBT4.0,在諸多關鍵技術指標上都優於當前市場主流產品,例如:

1. 電流輸出能力較當前市場主流的IGBT高15%,支持整車具有更強的加速能力和更大的功率輸出能力。

2. 同等工況下,綜合損耗較當前市場主流的IGBT降低了約20%。這意味著電流通過IGBT器件時,受到的損耗降低,使得整車電耗顯著降低。以比亞迪全新一代唐為例,在其他條件不變的情況下,僅此一項技術,就成功將百公里電耗降低約3%。

3.

溫度循環壽命可以做到當前市場主流IGBT的10倍以上。這意味著比亞迪電動車在應對各種極端氣候、路況時,能有更高的可靠性和更長的使用壽命。此前,比亞迪電動車就以其優異的性能與穩定的可靠性,完成了從新疆吐魯番的高溫,到北歐的極寒、再到西藏高原的高海拔等全球最嚴苛自然環境的測試,並在全球300多個市場成功經歷了各種氣候、路況、駕駛習慣的考驗,得到廣泛認可。

比亞迪IGBT4.0較當前市場主流的IGBT:電流輸出能力高15%,綜合損耗降低了約20%。

打造電動車性能標桿

在剛剛結束的2018廣州車展上,比亞迪全新一代唐EV正式對外預售。其百公里加速4.4秒、續航里程600公里(60km/小時等速續航下)的超強性能再度確立了行業領先地位,並獲得消費者的高度認可,預售當天的訂單便突破2000輛。

市場和行業的認可,離不開比亞迪IGBT等核心技術的加持。得益於比亞迪IGBT在晶片損耗、電流輸出能力等方面的優異性能,比亞迪插電式混合動力汽車,率先搭載了「542」黑科技——「百公里加速5秒以內、全時電四驅、百公里油耗2升以內」。

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從2015到2017年,比亞迪電動車的銷量已經連續三年位居全球第一。這與比亞迪在IGBT等核心技術領域的超前布局密不可分。

十多年前,在外界還不看好電動車前景的時候,「技術狂人」王傳福就默默布局了電動車的核心技術。作為2003年才進入汽車行業的新玩家,比亞迪從一開始就密切關注IGBT等電動車核心技術的自主研發和創新。

2005年,比亞迪組建自身研發團隊,投入重金布局IGBT產業。

2009年9月,比亞迪IGBT晶片通過了中國電器工業協會電力電子分會組織的科技成果鑒定,打破了國際巨頭的技術壟斷。

目前,比亞迪已經陸續掌握IGBT晶片設計和製造、模組設計和製造、大功率器件測試應用平台、電源及電控等環節,是中國唯一一家擁有IGBT完整產業鏈的車企。

比亞迪IGBT產品晶圓

提前布局SiC碳化矽材料

「馴服」了IGBT,比亞迪又將目光投向了更遠的未來。

雖然在未來較長一段時間內,IGBT仍將供不應求。但比亞迪也已預見到,隨著電動車性能不斷地提升,對功率半導體組件提出了更高的要求,當下的IGBT也將逼近矽材料的性能極限。尋求更低晶片損耗、更強電流輸出能力、更耐高溫的全新半導體材料,已成為學界和業界的普遍共識。

據悉,比亞迪已投入巨資布局第三代半導體材料SiC,並將整合材料(高純碳化矽粉)、單晶、外延、晶片、封裝等SiC基半導體全產業鏈,致力於降低SiC器件的製造成本,加快其在電動車領域的應用。

第三代半導體材料SiC

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比亞迪SiC晶圓

此次發布會上,比亞迪宣布,已經成功研發了SiC
MOSFET(汽車功率半導體包括基於矽或碳化矽等材料打造的IGBT或
MOSFET等),有望於2019年推出搭載SiC電控的電動車。預計到2023年,比亞迪將在旗下的電動車中,做到SiC基車用功率半導體對矽基IGBT的全面替代,將整車性能在現有基礎上再提升10%。

比亞迪第六事業部兼太陽能事業部總經理陳剛表示:「SiC MOSFET將成為比亞迪電動車性能持續迭代更新的新一代‘殺手鐧’,我們期望在加速、續航等性能指標上,為廣大消費者帶來更多驚喜。」

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比亞迪第六事業部兼太陽能事業部總經理陳剛分享比亞迪在汽車功率半導體領域的布局

目前,市場上唯一使用了SiC碳化矽功率半導體元器件的電動車型是特斯拉的Model
3,其使用了來自意法半導體提供了650V SiC mosfet。相比Model S/X上的傳統IGBT,SiC
mosfet能帶來5-8%的效率提升,對續航能力的提升和降低能耗表現方面作用非常顯著。除此以外,SiC
mosfet還有一個巨大的優勢在於高溫表現,其在200℃以內都可以維持一個正常效率表現,為電動汽車的高性能發展方向提供了可能。

在意法之後,德國英飛凌也已經開始了SiC功率半導體的供應,合作夥伴同為特斯拉,也就是說,目前全球市場上的幾乎所有SiC功率半導體都被特斯拉採購一空。如果比亞迪在2019年成功推出車規級的SiC功率半導體,並將之應用於旗下高性能車型上,比亞迪無疑將會確立其國內新能源市場一哥的地位,並且在性能和續航水平上真正的直逼特斯拉,與國內其他企業拉開差距。

2019中國新能源汽車消費論壇暨「金輿獎」頒獎盛典:

http://www.21cnev.com/html/zt/2018jinyujiang/index.html

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