Преимущества SiC в индустрии электромобилей

В качестве полупроводникового материала с широкой запрещенной зоной (WBG)Карбид кремния'Более широкая разница в энергии придает ему более высокие тепловые и электронные свойства по сравнению с традиционным кремнием. Эта функция позволяет силовым устройствам работать при более высоких температурах, частотах и ​​напряжениях.

Карбид кремнияЭнергоэффективность электромобилей и других электронных и электротехнических изделий во многом обусловлена ​​самим материалом. По сравнению с Si, SiC имеет следующие характеристики:

1. 10-кратная напряженность поля пробоя диэлектрика;

2. В 2 раза выше скорость насыщения электронами;

3. 3-кратная ширина запрещенной зоны;

4. В 3 раза выше теплопроводность;

Короче говоря, по мере увеличения рабочего напряжения преимуществаКарбид кремниястать более очевидным. По сравнению с Si переключатели SiC на 1200 В более выгодны, чем переключатели на 600 В. Эта характеристика привела к широкому применению устройств переключения мощности SiC, что значительно повысило эффективность электромобилей, их зарядного оборудования и энергетической инфраструктуры, что сделало SiC первым выбором для производителей автомобилей и поставщиков первого уровня.

Но в средах с низким напряжением 300 В и нижеКарбид кремнияПреимущества относительно невелики. В этом случае больший потенциал применения может иметь другой широкозонный полупроводник — нитрид галлия (GaN).

Дальность действия и эффективность

Ключевое отличиеКарбид кремнияПо сравнению с Si, его более высокая эффективность на системном уровне, что обусловлено большей удельной мощностью SiC, меньшими потерями мощности, более высокой рабочей частотой и более высокой рабочей температурой. Это означает больший запас хода на одном заряде, меньшие размеры аккумулятора и более быстрое время зарядки бортового зарядного устройства (OBC).

В мире электромобилей одна из самых больших возможностей заключается в тяговых инверторах для электрических трансмиссий, которые являются альтернативой бензиновым двигателям. Когда постоянный ток (DC) поступает в инвертор, преобразованный переменный ток (AC) помогает двигателю работать, питая колеса и другие электронные компоненты. Замена существующей технологии Si-переключателей на усовершенствованнуюКарбид кремния-чипыснижает потери энергии в инверторе и позволяет транспортным средствам обеспечить дополнительный запас хода.

Таким образом, SiC MOSFET становится привлекательным коммерческим фактором, когда ключевыми факторами становятся такие характеристики, как форм-фактор, размер инвертора или модуля DC-DC, эффективность и надежность. Инженеры-конструкторы теперь имеют меньшие по размеру, более легкие и более энергоэффективные решения по электропитанию для различных конечных приложений. Возьмем, к примеру, Теслу. В то время как предыдущие поколения электромобилей компании использовали Si IGBT, рост рынка стандартных седанов побудил их использовать SiC MOSFET в модели 3, впервые в отрасли.

Мощность – ключевой фактор

Карбид кремнияСвойства материала делают его лучшим выбором для мощных устройств с высокими температурами, большими токами и высокой теплопроводностью. Поскольку устройства SiC могут работать с более высокой плотностью мощности, они могут обеспечить меньшие форм-факторы для электронных и электрических систем электромобилей. По данным Goldman Sachs, исключительная эффективность SiC может снизить затраты на производство и владение электромобилями почти на 2000 долларов за автомобиль.

Поскольку емкость аккумулятора в некоторых электромобилях уже достигает почти 100 кВтч, а также планы по дальнейшему увеличению запаса хода, ожидается, что будущие поколения будут в значительной степени полагаться на SiC из-за его дополнительной эффективности и способности справляться с более высокой мощностью. С другой стороны, для автомобилей с меньшей мощностью, таких как двухдверные электромобили начального уровня, PHEV или электромобили малой грузоподъемности с аккумуляторами емкостью 20 кВтч или меньше, Si IGBT является более экономичным решением.

Чтобы свести к минимуму потери мощности и выбросы углерода в условиях высокого напряжения, промышленность все больше отдает предпочтение использованию SiC перед другими материалами. Фактически, многие пользователи электромобилей заменили свои оригинальные решения Si на новые переключатели SiC, что еще раз подтверждает очевидные преимущества технологии SiC на системном уровне.