Schlüsselkomponenten des Energiespeichersystems – IGBT

Die Kosten für ein Energiespeichersystem setzen sich hauptsächlich aus Batterien und Energiespeicher-Wechselrichtern zusammen. Die Summe aus beiden macht 80 % der Kosten des elektrochemischen Energiespeichersystems aus, wovon 20 % auf den Energiespeicher-Wechselrichter entfallen. Der IGBT-Isoliergitter-Bipolarkristall ist der vorgelagerte Rohstoff des Energiespeicher-Wechselrichters. Die Leistung des IGBT bestimmt die Leistung des Energiespeicher-Wechselrichters und macht 20–30 % des Wertes des Wechselrichters aus.

Die Hauptaufgabe von IGBT im Bereich der Energiespeicherung ist der Transformator, die Frequenzumwandlung, die Intervolutionsumwandlung usw., die ein unverzichtbares Gerät in Energiespeicheranwendungen sind.

Abbildung: IGBT-Modul

Zu den vorgelagerten Rohstoffen für Energiespeichervariablen gehören IGBT, Kapazität, Widerstand, elektrischer Widerstand, PCB usw. Unter diesen ist IGBT immer noch hauptsächlich auf Importe angewiesen. Es besteht immer noch eine Lücke zwischen dem inländischen IGBT auf technologischer Ebene und dem weltweit führenden Niveau. Mit der rasanten Entwicklung der chinesischen Energiespeicherindustrie dürfte sich jedoch auch der Domestizierungsprozess von IGBT beschleunigen.

Anwendungswert der IGBT-Energiespeicherung

Im Vergleich zur Photovoltaik ist der Wert der Energiespeicherung IGBT relativ hoch. Die Energiespeicherung verwendet mehr IGBT und SIC und umfasst zwei Verbindungen: DCDC und DCAC, einschließlich zweier Lösungen, nämlich des integrierten optischen Speichers und des separaten Energiespeichersystems. Beim unabhängigen Energiespeichersystem beträgt die Menge an Leistungshalbleiterbauelementen etwa das 1,5-fache der Photovoltaik. Derzeit kann der optische Speicher mehr als 60–70 % ausmachen, ein separater Energiespeicher 30 %.

Abbildung: BYD IGBT-Modul

IGBT verfügt über ein breites Spektrum an Anwendungsschichten, was im Energiespeicher-Wechselrichter vorteilhafter ist als MOSFET. In tatsächlichen Projekten hat der IGBT den MOSFET nach und nach als Kerngerät von Photovoltaik-Wechselrichtern und der Windenergieerzeugung ersetzt. Die rasante Entwicklung der neuen Energieerzeugungsindustrie wird zu einer neuen treibenden Kraft für die IGBT-Industrie werden.

IGBT ist das Kerngerät für die Energieumwandlung und -übertragung

IGBT kann vollständig als Transistor verstanden werden, der den elektronischen bidirektionalen (multidirektionalen) Fluss mit Ventilsteuerung steuert.

IGBT ist ein zusammengesetztes, spannungsgesteuertes Leistungshalbleiterbauelement, das aus der bipolaren BJT-Triode und einer Feldeffektröhre mit isolierendem Gitter besteht. Die Vorteile von zwei Aspekten des Druckabfalls.

Abbildung: Schematische Darstellung der IGBT-Modulstruktur

Die Schaltfunktion des IGBT besteht darin, durch Addition von Plus zur Gate-Spannung einen Kanal zu bilden, um den Basisstrom für den PNP-Transistor zur Ansteuerung des IGBT bereitzustellen. Fügen Sie umgekehrt die umgekehrte Türspannung hinzu, um den Kanal zu eliminieren, durch den umgekehrten Basisstrom zu fließen und den IGBT auszuschalten. Die Antriebsmethode des IGBT ist grundsätzlich dieselbe wie die des MOSFET. Es muss nur der Einkanal-MOSFET des Eingangspols N gesteuert werden, sodass es über eine hohe Eingangsimpedanz verfügt.

IGBT ist das Kerngerät der Energieumwandlung und -übertragung. Sie wird allgemein als „CPU“ elektrischer elektronischer Geräte bezeichnet. Als nationaler strategischer aufstrebender Industriezweig wird es häufig in neuen Energiegeräten und anderen Bereichen eingesetzt.

IGBT bietet viele Vorteile, darunter eine hohe Eingangsimpedanz, eine geringe Steuerleistung, eine einfache Ansteuerschaltung, eine schnelle Schaltgeschwindigkeit, einen großen Strom, einen reduzierten Umleitungsdruck und einen geringen Verlust. Daher hat es im aktuellen Marktumfeld absolute Vorteile.

Daher sind IGBTs zum Mainstream des aktuellen Leistungshalbleitermarktes geworden. Es wird häufig in vielen Bereichen eingesetzt, beispielsweise bei der Stromerzeugung mit neuer Energie, bei Elektrofahrzeugen und Ladesäulen, bei elektrifizierten Schiffen, bei der Gleichstromübertragung, bei der Energiespeicherung, bei der industriellen elektrischen Steuerung und bei der Energieeinsparung.

Figur:InfineonIGBT-Modul

IGBT-Klassifizierung

Entsprechend der unterschiedlichen Produktstruktur gibt es drei IGBT-Typen: Single-Pipe, IGBT-Modul und Smart-Power-Modul IPM.

(Ladesäulen) und andere Bereiche (hauptsächlich solche modularen Produkte, die auf dem aktuellen Markt verkauft werden). Das intelligente Leistungsmodul IPM wird hauptsächlich im Bereich weißer Haushaltsgeräte wie Inverter-Klimaanlagen und Frequenzumwandlungswaschmaschinen eingesetzt.

Abhängig von der Spannung des Anwendungsszenarios gibt es IGBT-Typen wie Ultra-Niederspannung, Niederspannung, Mittelspannung und Hochspannung.

Unter ihnen handelt es sich bei den IGBTs, die von Fahrzeugen mit neuer Energie, von Industriesteuerungen und Haushaltsgeräten verwendet werden, hauptsächlich um Mittelspannungs-IGBTs, während der Schienenverkehr, die Stromerzeugung mit neuer Energie und intelligente Netze höhere Spannungsanforderungen haben und hauptsächlich Hochspannungs-IGBTs verwenden.

IGBTs kommen meist in Form von Modulen vor. IHS-Daten zeigen, dass das Verhältnis von Modulen und Einzelröhre 3:1 beträgt. Das Modul ist ein modulares Halbleiterprodukt, das aus dem IGBT-Chip und dem FWD (Fortsetzungsdiodenchip) über eine maßgeschneiderte Schaltungsbrücke sowie über Kunststoffrahmen, Substrate und Substrate besteht , usw.

MMarktsituation:

Chinesische Unternehmen wachsen rasant und sind derzeit auf Importe angewiesen

Im Jahr 2022 hatte die IGBT-Industrie meines Landes eine Produktion von 41 Millionen, bei einer Nachfrage von etwa 156 Millionen und einer Selbstversorgungsquote von 26,3 %. Derzeit wird der inländische IGBT-Markt hauptsächlich von ausländischen Herstellern wie Yingfei Ling, Mitsubishi Motor und Fuji Electric besetzt, wobei Yingfei Ling mit 15,9 % den höchsten Anteil hat.

Der Markt für IGBT-Module CR3 erreichte 56,91 %, und der Gesamtanteil der inländischen Hersteller Star Director und CRRC von 5,01 % betrug 5,01 %. Der Marktanteil der drei größten Hersteller am weltweiten IGBT-Split-Gerät erreichte 53,24 %. Inländische Hersteller stiegen mit einem Marktanteil von 3,5 % in die Top-Ten-Marktanteile des globalen IGBT-Geräts ein.

IGBTs kommen meist in Form von Modulen vor. IHS-Daten zeigen, dass das Verhältnis von Modulen und Einzelröhre 3:1 beträgt. Das Modul ist ein modulares Halbleiterprodukt, das aus dem IGBT-Chip und dem FWD (Fortsetzungsdiodenchip) über eine maßgeschneiderte Schaltungsbrücke sowie über Kunststoffrahmen, Substrate und Substrate besteht , usw.

MMarktsituation:

Chinesische Unternehmen wachsen rasant und sind derzeit auf Importe angewiesen

Im Jahr 2022 hatte die IGBT-Industrie meines Landes eine Produktion von 41 Millionen, bei einer Nachfrage von etwa 156 Millionen und einer Selbstversorgungsquote von 26,3 %. Derzeit wird der inländische IGBT-Markt hauptsächlich von ausländischen Herstellern wie Yingfei Ling, Mitsubishi Motor und Fuji Electric besetzt, wobei Yingfei Ling mit 15,9 % den höchsten Anteil hat.

Der Markt für IGBT-Module CR3 erreichte 56,91 %, und der Gesamtanteil der inländischen Hersteller Star Director und CRRC von 5,01 % betrug 5,01 %. Der Marktanteil der drei größten Hersteller am weltweiten IGBT-Split-Gerät erreichte 53,24 %. Inländische Hersteller stiegen mit einem Marktanteil von 3,5 % in die Top-Ten-Marktanteile des globalen IGBT-Geräts ein.