Переваги SiC в електромобілів

Як широкозонний (WBG) напівпровідниковий матеріал,SiC'Більша різниця в енергії надає йому кращі теплові та електронні властивості порівняно з традиційним Si. Ця функція дозволяє силовим пристроям працювати при вищих температурах, частотах і напругах.

SiCЕнергоефективність у застосуванні електромобілів та інших електронних і електричних виробів значною мірою зумовлена ​​самим матеріалом. У порівнянні з Si, SiC має такі характеристики:

1. 10-кратна напруженість поля діелектричного пробою;

2. швидкість насичення електронів у 2 рази;

3. 3-кратна ширина забороненої зони;

4. В 3 рази вище теплопровідність;

Коротше кажучи, зі збільшенням робочої напруги перевагиSiCстати більш очевидним. У порівнянні з SiC перемикачі на 1200 В є більш вигідними, ніж перемикачі на 600 В. Ця характеристика призвела до широкого застосування пристроїв перемикання живлення з SiC, що значно підвищило ефективність електромобілів, їх зарядного обладнання та енергетичної інфраструктури, зробивши SiC першим вибором для виробників автомобілів і постачальників першого рівня.

Але в середовищах з низькою напругою 300 В і нижче,SiCПереваги відносно невеликі. У цьому випадку інший широкозонний напівпровідник, нітрид галію (GaN), може мати більший потенціал застосування.

Радіус дії та ефективність

Ключова відмінність відSiCПорівняно з Si його ефективність на системному рівні є більшою, що пояснюється більшою щільністю потужності SiC, меншими втратами потужності, вищою робочою частотою та вищою робочою температурою. Це означає більший запас ходу на одному заряді, менший розмір батареї та швидший час зарядки бортового зарядного пристрою (OBC).

У світі електромобілів одна з найбільших можливостей полягає в інверторах тяги для електричних трансмісії, які є альтернативою бензиновим двигунам. Коли постійний струм (DC) надходить у інвертор, перетворений змінний струм (AC) допомагає двигуну працювати, живлячи колеса та інші електронні компоненти. Заміна існуючої технології перемикача Si на передовуМікросхеми SiCзменшує втрати енергії в інверторі та дозволяє транспортним засобам забезпечити додатковий запас ходу.

Таким чином, SiC MOSFET стає переконливим комерційним фактором, коли такі характеристики, як форм-фактор, розмір інвертора або модуля DC-DC, ефективність і надійність стають ключовими міркуваннями. Інженери-конструктори тепер мають менші, легші та енергоефективніші рішення для живлення для різноманітних кінцевих застосувань. Взяти, наприклад, Tesla. Хоча попередні покоління електромобілів компанії використовували Si IGBT, зростання ринку стандартних седанів спонукало їх використовувати SiC MOSFET у Model 3, першому в галузі.

Потужність є ключовим фактором

SiCВластивості матеріалу роблять його першим вибором для потужних застосувань із високими температурами, великими струмами та високою теплопровідністю. Оскільки пристрої з SiC можуть працювати з більшою щільністю потужності, це може забезпечити менші форм-фактори для електронних та електричних систем електромобілів. За даними Goldman Sachs, надзвичайна ефективність SiC може знизити витрати на виробництво та володіння електромобілями майже на 2000 доларів США за автомобіль.

У зв’язку з тим, що в деяких електромобілях ємність батареї вже досягла майже 100 кВт/год, і планується продовжувати її збільшення для досягнення вищих діапазонів, очікується, що майбутні покоління будуть значною мірою покладатися на SiC за його додаткову ефективність і здатність працювати з більшою потужністю. З іншого боку, для транспортних засобів меншої потужності, таких як дводверні електромобілі початкового рівня, PHEV або електромобілі малої вантажопідйомності, що використовують акумулятори ємністю 20 кВт/год або менше, Si IGBT є більш економічним рішенням.

Щоб мінімізувати втрати електроенергії та викиди вуглецю в умовах високої напруги, промисловість все більше віддає перевагу використанню SiC перед іншими матеріалами. Фактично, багато користувачів електромобілів замінили свої оригінальні рішення SiC новими комутаторами SiC, що додатково підтверджує очевидні переваги технології SiC на системному рівні.