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主驱逆变器,为何要选择碳化硅?

关键词:逆变器 碳化硅

时间:2024-03-22 15:09:53      来源:安森美

在当今全球汽车工业驶向电动化的滚滚浪潮中,一项关键技术正以其颠覆性的性能改变着电动汽车整体市场竞争力的新格局,它便是基于碳化硅(SiC)材料打造的主驱逆变器。就像电子领域的“黑科技”催化剂,SiC正以其耐高压、高热导率及低损耗特性,重新定义新能源汽车的核心部件的工作效能极限,并以前所未有的方式推动整个行业朝着更长续航、更高能效的方向疾速前行。

在当今全球汽车工业驶向电动化的滚滚浪潮中,一项关键技术正以其颠覆性的性能改变着电动汽车整体市场竞争力的新格局,它便是基于碳化硅(SiC)材料打造的主驱逆变器。就像电子领域的“黑科技”催化剂,SiC正以其耐高压、高热导率及低损耗特性,重新定义新能源汽车的核心部件的工作效能极限,并以前所未有的方式推动整个行业朝着更长续航、更高能效的方向疾速前行。

大规模“上车”在即的碳化硅

犹如引擎之于燃油车,主驱逆变器是电动汽车动力系统的心脏,其性能优劣直接影响到车辆的整体表现。碳化硅的应用,就像给这个心脏注入了一剂强心针,各大车企纷纷导入使得碳化硅在主驱逆变器上的市场份额正以前所未有的速度扩张,预示着一场深度影响汽车产业链的技术革命已拉开帷幕。

据NE时代预测数据,未来5年,中国新能源乘用车市场不同类型功率器件的份额中,增长最快的将是800V高压SiC平台,其次是主要用于800V四驱车辆辅驱的800V IGBT和400V SiC的份额将先有所增长。在未来一段时间内,大部分车企的800V平台和400V平台仍将处于共存阶段,因为虽然大部分车企均有800V平台的相应规划,但不同企业对应用800V的平台策略有一定差别,最为积极的新势力头部车企将用800V平台迭代现有平台,其他OEM则相对较为稳健,会在部分高端车型上应用800V平台。


中国新能源乘用车市场不同类型功率器件的份额预测

此外,尽管在在未来十年内,IGBT和SiC MOSFET会共同存在,但趋势是随着OEM更大胆地直接转向纯电动汽车,插电式混合动力汽车和混合电动汽车市场将继续萎缩,轿车和跨界纯电动汽车将继续增长并成为主要市场。到了2025年之后,“肌肉”电车,例如SUV、卡车和运动型车的需求将大幅增长,从而推动功率大于250千瓦的电力驱动装置的更多需求,加之800V高压平台系统的逐步推广,碳化硅大规模“上车”在即。

大功率+低损耗:难以拒绝的效率吸引力

汽车的动力更迭,从内燃机到电驱动,这当下汽车变革中最大的一个部分。传统燃油车的三大件包括油箱、轴承(包括总成、变速箱等)、内燃机,而动力电池就相当于电动汽车的“油箱”,电机是内燃机,逆变器便相当于变速箱,主要作用就是把电池中储存的能量形式转换成另一个可控的可让电机输出的能量形式。因此,对于主驱逆变器中的电力需求,主要体现在五个方面:

动力更强 - 更大的瞬间扭矩带来更多驾驶乐趣;
效率更高 - 航程更长,损耗更低;
电压更高 - 400V 电池是目前的主流,800V将是未来;
重量更轻 - 减轻车重,增加续航里程;
尺寸更小 - 可安装在前轴或后轴上,节省行李箱和后备箱空间。

与硅相比,碳化硅在材料特性方面具有多种优势,因而成为主驱逆变器设计的更优选择。

碳化硅的物理硬度达到了9.5莫氏硬度,而硅为6.5莫氏硬度,所以碳化硅更适合高压烧结并具有更高的机械完整性。

碳化硅的热导率 (4.9W/cm.K) 是硅 (1.15 W/cm.K) 的四倍多,这意味着它可以更有效地传递热量从而在更高温度下可靠运行。

碳化硅的击穿电压(2500kV/cm)是硅(300kV/cm)的 8 倍多,而且它具有宽带隙性质,能够更快地导通和关断,意味着它的损耗比硅更低。

针对主驱逆变、辅助电源、车载充电和直流快充等系统,安森美可以提供完整的智能电源方案,包括碳化硅、IGBT、MOSFET等产品阵容。其中,EliteSiC功率模块可以提供更优秀的性能、效率和功率密度,采用了最新的平面结构的EliteSiC MOSFET,实现了从电池的直流800V到后轴交流驱动的高效电源转换。

汽车动力总成系统中安森美可以提供的部分产品与方案

此外,安森美采用先进互连技术的压铸模封装进一步提高了SiC模块的高功率密度,并且具有低杂散电感,而且更高的开关频率有助于减小系统中一些无源组件的尺寸和重量。此外,这种封装类型具有多种工作温度选项,最高达 200°C,可降低OEM的散热要求,并有望采用更小的泵进行热管理。

值得一提的是,除了先进的智能电源方案在功率密度、效率和可靠性上表现出众,为电动汽车技术变革可靠的供电保证,安森美 ADAS 和自动化系统解决方案同样使现代车辆实现半自动化,例如先进的CMOS图像传感器可以应用于前视、侧视、后视、环视摄像头系统,使得汽车的安全等级进一提高,向着全自动驾驶的目标又进一步。


安森美电动汽车整体解决方案

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