SiC碳化硅在電動車中起到什么作用?
舉個例子,現(xiàn)在很多人手機都用上了“氮化鎵”充電器,這種新材料充電器體積非常小,但發(fā)熱小充電效率很高。而汽車用SiC碳化硅就是與消費電器里氮化鎵一樣神奇的功率半導體。
首先說說SiC碳化硅的作用。一輛電動車充電的時候,它需要把交流電轉換成直流電,然后存儲在鋰電池中。鋰電池中的高壓直流轉化為交流電,然后提供交流電動機使用。
上面這些交流—直流—交流等復雜的變換過程,我們稱為整流或逆變,很不幸這個過程都需要發(fā)熱,都會產生功率損耗。
電動汽車涉及功率半導體的組件包括:電機驅動系統(tǒng)、車載充電系統(tǒng)(OBC)、電源轉換系統(tǒng)(車載DC/DC)和非車載充電樁。碳化硅功率器件在某些關鍵的主逆變器(例如電驅動)上,疊加高壓電流,SiC碳化硅依然比IGBT有絕對優(yōu)勢。
SiC碳化硅的強大的性能,要歸功于小小的碳原子。SiC碳化硅能讓原材料支持更高的切換頻率。
碳化硅半導體熱能損失僅有純硅芯片的一半,因此能夠提高電動汽車的行駛里程。像未來電動車800伏電壓系統(tǒng)中,碳化硅能立竿見影要加快充電速度、提升產品性能。而且還能節(jié)約動力電子設備冷卻成本、減輕電動汽車自身的重量。
例如博世的碳化硅功率器件,與傳統(tǒng)硅基材料產品相比(IGBT),能保持較低能量損耗和較小芯片面積,為電動汽車和混合動力汽車增加高達6%的續(xù)航里程。
國內市場上一些最先進的電動車,其實已經應用了SiC碳化硅功率模塊。
例如特斯拉的Model3的主電驅逆變器采用了SiCMOSFET。2021年發(fā)布的新車型中,像蔚來ET7第二代電驅,小鵬的G9,長城的機甲龍都采用到SiC碳化硅模塊。每個模塊里面由若干SiC芯片封裝組成。
比亞迪在2020年發(fā)布的漢EV高性能四驅版,是國內首款采用自研SiC碳化硅模塊的車型,供應商是自家的比亞迪半導體。
比亞迪半導體的SiC碳化硅功率模塊是一款三相全橋拓撲結構,主要應用于新能源汽車電機驅動控制器。比亞迪宣稱是“全球首家、國內唯一實現(xiàn)在電機驅動控制器中大批量裝車的SiC三相全橋模塊。”
比亞迪SiC功率模塊輸出功率可達250kW以上,與同功率水平的IGBT相比,模塊體積可以縮小一半以上。
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