前言
新能源汽車依舊火熱,今年上半年國內銷量突破370萬輛,比亞迪、特斯拉、豐田、現代、吉利、上海大眾、日產等車企都已經在引入 SIC器件。為何車企都采用SiC器件?SiC器件具備哪些優勢?
碳化硅在汽車行業的應用趨勢
碳化硅(Silicon Carbide,簡稱SiC)是一種重要的半導體材料,具有廣泛的應用領域。
在電動汽車中,碳化硅功率器件的應用主要為兩個方向,一個用于電機驅動逆變器(電機控制器),另一個用于車載電源系統,主要包括:電源轉換系統(車載DC/DC)、車載充電系統(OBC)、車載空調系統(PTC和空壓機)等方面。
SIC優勢
IGBT 技術通常為中低檔車輛提供更具成本效益的解決方案,SiC 提供出色的效率和峰值功率,尤其是在較高電壓下,適用于非常重視續航里程和性能的車輛,系統成本也更加靈活。
●轉換效率
就本質而言,當前的 IGBT 技術會隨著電壓的增加而變得更厚且效率更低,從而導致需要更高的阻斷電壓。可以基于 IGBT 構建更高電壓的逆變器,但隨著電動汽車的電壓達到 800 V 及以上,SiC 的效率將大大高于 IGBT。在更高電壓下,SiC 不必像 IGBT 一樣厚也能實現阻斷電壓。在標準負載下,IGBT 的效率約為 94%。然而,在較低負載下,其效率下降至 92%,例如當車輛以巡航速度運行時。相比之下,SiC 在標準負載下可達到 98%,增益為 4%。SiC 在較低負載下具有 95% 的效率,增益為 3%。
●增加行駛里程
一個 100 千瓦時的電池和基于 IGBT 的逆變器解決方案,可以產生 300 英里的最大行駛里程。使用 SiC ,效率提高 3% 以上,將使車輛的續航里程增加 9 英里或更多。對于具有更大電池的車輛,例如長途運輸卡車,續航里程會更遠。
●系統尺寸
SiC 技術的效率更高,使高壓主驅逆變器在尺寸上更加緊湊,而不會影響效率或峰值功率。較小的逆變器使設計人員在逆變器的放置方面具有更大的靈活性,并最大限度地增加了車內的乘客空間和可用空間。
●熱管理
管理車輛內的熱量對于維持整體系統效率至關重要。基于 SiC 的主驅逆變器具有更高的熱效率,可產生更低的損耗和更少的散熱。這意味著逆變器在較低的溫度下運行,帶來雙重好處:牽引系統可以實現更高的峰值功率,同時降低散熱系統整體成本。
總結
當前,新能源汽車產銷兩旺,汽車半導體產業正在成為全球集成電路行業發展的重要動力。功率半導體將成為單車成本最高的半導體,也是國內企業現階段最有可能實現突破的汽車半導體領域,而碳化硅已毋庸置疑地成為了主要突破點。
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