SiC碳化硅在电动车中起到什么作用?
举个例子,现在很多人手机都用上了“氮化镓”充电器,这种新材料充电器体积非常小,但发热小充电效率很高。而汽车用SiC碳化硅就是与消费电器里氮化镓一样神奇的功率半导体。
首先说说SiC碳化硅的作用。一辆电动车充电的时候,它需要把交流电转换成直流电,然后存储在锂电池中。锂电池中的高压直流转化为交流电,然后提供交流电动机使用。
上面这些交流—直流—交流等复杂的变换过程,我们称为整流或逆变,很不幸这个过程都需要发热,都会产生功率损耗。
电动汽车涉及功率半导体的组件包括:电机驱动系统、车载充电系统(OBC)、电源转换系统(车载DC/DC)和非车载充电桩。碳化硅功率器件在某些关键的主逆变器(例如电驱动)上,叠加高压电流,SiC碳化硅依然比IGBT有绝对优势。
SiC碳化硅的强大的性能,要归功于小小的碳原子。SiC碳化硅能让原材料支持更高的切换频率。
碳化硅半导体热能损失仅有纯硅芯片的一半,因此能够提高电动汽车的行驶里程。像未来电动车800伏电压系统中,碳化硅能立竿见影要加快充电速度、提升产品性能。而且还能节约动力电子设备冷却成本、减轻电动汽车自身的重量。
例如博世的碳化硅功率器件,与传统硅基材料产品相比(IGBT),能保持较低能量损耗和较小芯片面积,为电动汽车和混合动力汽车增加高达6%的续航里程。
国内市场上一些最先进的电动车,其实已经应用了SiC碳化硅功率模块。
例如特斯拉的Model3的主电驱逆变器采用了SiCMOSFET。2021年发布的新车型中,像蔚来ET7第二代电驱,小鹏的G9,长城的机甲龙都采用到SiC碳化硅模块。每个模块里面由若干SiC芯片封装组成。
比亚迪在2020年发布的汉EV高性能四驱版,是国内首款采用自研SiC碳化硅模块的车型,供应商是自家的比亚迪半导体。
比亚迪半导体的SiC碳化硅功率模块是一款三相全桥拓扑结构,主要应用于新能源汽车电机驱动控制器。比亚迪宣称是“全球首家、国内唯一实现在电机驱动控制器中大批量装车的SiC三相全桥模块。”
比亚迪SiC功率模块输出功率可达250kW以上,与同功率水平的IGBT相比,模块体积可以缩小一半以上。
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