Vorteile von SiC in der Elektrofahrzeugindustrie

Als Halbleitermaterial mit großer Bandlücke (WBG)SiC'Der größere Energieunterschied verleiht ihm im Vergleich zu herkömmlichem Si bessere thermische und elektronische Eigenschaften. Diese Funktion ermöglicht den Betrieb von Leistungsgeräten bei höheren Temperaturen, Frequenzen und Spannungen.

SiCDie Energieeffizienz von Elektrofahrzeugen und anderen elektronischen und elektrischen Produkten ist größtenteils auf das Material selbst zurückzuführen. Im Vergleich zu Si weist SiC folgende Eigenschaften auf:

1. 10-fache dielektrische Durchschlagsfeldstärke;

2. 2-fache Elektronensättigungsgeschwindigkeit;

3. 3-fache Energiebandlücke;

4. 3-mal höhere Wärmeleitfähigkeit;

Kurz gesagt, mit zunehmender Betriebsspannung nehmen die Vorteile zuSiCdeutlicher werden. Im Vergleich zu Si sind 1200-V-SiC-Schalter vorteilhafter als 600-V-Schalter. Diese Eigenschaft hat zu einer weit verbreiteten Anwendung von SiC-Leistungsschaltgeräten geführt und dadurch die Effizienz von Elektrofahrzeugen, ihrer Ladeausrüstung und Energieinfrastruktur erheblich verbessert, was SiC zur ersten Wahl für Automobilhersteller und erstklassige Zulieferer macht.

Aber in Niederspannungsumgebungen von 300 V und darunterSiCDie Vorteile sind relativ gering. In diesem Fall könnte ein anderer Halbleiter mit großer Bandlücke, Galliumnitrid (GaN), ein größeres Anwendungspotenzial haben.

Reichweite und Effizienz

Ein wesentlicher Unterschied vonSiCIm Vergleich zu Si ist der Wirkungsgrad auf Systemebene höher, was auf die höhere Leistungsdichte, geringere Leistungsverluste, höhere Betriebsfrequenz und höhere Betriebstemperatur von SiC zurückzuführen ist. Dies bedeutet eine höhere Reichweite mit einer einzigen Ladung, kleinere Batteriegrößen und schnellere Ladezeiten des On-Board-Ladegeräts (OBC).

In der Welt der Elektrofahrzeuge liegt eine der größten Chancen in Traktionswechselrichtern für elektrische Antriebsstränge, die Alternativen zu Benzinmotoren darstellen. Wenn Gleichstrom (DC) in den Wechselrichter fließt, hilft der umgewandelte Wechselstrom (AC) dem Motor beim Laufen und treibt die Räder und andere elektronische Komponenten an. Ersetzen der vorhandenen Si-Switch-Technologie durch fortschrittlicheSiC-Chipsreduziert Energieverluste im Wechselrichter und ermöglicht Fahrzeugen zusätzliche Reichweite.

Daher werden SiC-MOSFETs zu einem überzeugenden kommerziellen Faktor, wenn Eigenschaften wie Formfaktor, Größe des Wechselrichters oder DC-DC-Moduls, Effizienz und Zuverlässigkeit zu Schlüsselaspekten werden. Konstrukteure verfügen jetzt über kleinere, leichtere und energieeffizientere Stromversorgungslösungen für eine Vielzahl von Endanwendungen. Nehmen wir zum Beispiel Tesla. Während die früheren Generationen von Elektrofahrzeugen des Unternehmens Si-IGBTs verwendeten, veranlasste der Aufstieg des Marktes für Standardlimousinen das Unternehmen dazu, SiC-MOSFET im Modell 3 einzusetzen, eine Branchenneuheit.

Macht ist der entscheidende Faktor

SiCSeine Materialeigenschaften machen es zur ersten Wahl für Hochleistungsanwendungen mit hohen Temperaturen, hohen Strömen und hoher Wärmeleitfähigkeit. Da SiC-Geräte mit höheren Leistungsdichten betrieben werden können, können kleinere Formfaktoren für elektronische und elektrische Systeme von Elektrofahrzeugen ermöglicht werden. Laut Goldman Sachs kann die außergewöhnliche Effizienz von SiC die Herstellungs- und Betriebskosten von Elektrofahrzeugen um fast 2.000 US-Dollar pro Fahrzeug senken.

Da die Batteriekapazität in einigen Elektrofahrzeugen bereits fast 100 kWh erreicht und weitere Erhöhungen zur Erzielung höherer Reichweiten geplant sind, wird erwartet, dass künftige Generationen aufgrund der zusätzlichen Effizienz und der Fähigkeit, höhere Leistungen zu bewältigen, stark auf SiC angewiesen sein werden. Andererseits sind Si-IGBT für Fahrzeuge mit geringerer Leistung wie zweitürige Elektrofahrzeuge der Einstiegsklasse, PHEV oder leichte Elektrofahrzeuge mit 20 kWh oder kleineren Batteriegrößen eine wirtschaftlichere Lösung.

Um Leistungsverluste und Kohlenstoffemissionen in Hochspannungsumgebungen zu minimieren, bevorzugt die Industrie zunehmend die Verwendung von SiC gegenüber anderen Materialien. Tatsächlich haben viele Benutzer von Elektrofahrzeugen ihre ursprünglichen Si-Lösungen durch neue SiC-Schalter ersetzt, was die offensichtlichen Vorteile der SiC-Technologie auf Systemebene weiter bestätigt.