使用 McLaren Applied 的800V SiC逆變器加快充電時(shí)間

逆變器平臺(tái)第 5 代 （IPG5） 是一款 800 V 碳化硅逆變器，可實(shí)現(xiàn)更快的充電、更高的效率和更長(zhǎng)的續(xù)航里程，已在 McLaren Applied 接近滿負(fù)荷生產(chǎn)。

在汽車、商用車、航空航天和船舶行業(yè)，邁凱輪應(yīng)用是高效電氣化的推動(dòng)者。為了與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)競(jìng)爭(zhēng)，電動(dòng)汽車需要更快的充電時(shí)間，因此 EV 充電系統(tǒng)正在迅速轉(zhuǎn)向輸出功率高達(dá) 350 kW 的解決方案，以將充電時(shí)間縮短至不到 20 分鐘。由于此類功率、電壓和電流水平，設(shè)計(jì)人員面臨著新的工程問(wèn)題。

逆變器既是高性能又是敏感元件：它管理數(shù)百千瓦的功率，同時(shí)根據(jù)駕駛員的需要對(duì)其進(jìn)行精細(xì)調(diào)制。

因此，很明顯，逆變器故障會(huì)給電動(dòng)汽車帶來(lái)一系列問(wèn)題。McLaren Applied 的第五代逆變器利用了一級(jí)方程式技術(shù)并使其適應(yīng)電動(dòng)汽車市場(chǎng)。

McLaren 表示，OEM 可能期望 IPG5 的充電時(shí)間更快，同時(shí)保持成本和可持續(xù)性。McLaren Applied 與 OEM 客戶密切合作進(jìn)行持續(xù)的開(kāi)發(fā)和測(cè)試。2022年3月2日，IPG5制造意圖設(shè)計(jì)在英國(guó)國(guó)家摩托車博物館的未來(lái)推進(jìn)大會(huì)上亮相。McLaren Applied 現(xiàn)在正在向客戶運(yùn)送原型裝置，為 2024 年的量產(chǎn)做準(zhǔn)備。

McLaren 表示，OEM 可能期望 IPG5 的充電時(shí)間更快，同時(shí)牢記成本和可持續(xù)性。該公司與 OEM 客戶密切合作，進(jìn)行持續(xù)的開(kāi)發(fā)和測(cè)試。IPG5 制造意圖設(shè)計(jì)于 2022 年 3 月 2 日在英國(guó)國(guó)家摩托車博物館舉行的未來(lái)推進(jìn)大會(huì)上首次亮相。McLaren Applied 已經(jīng)在向客戶運(yùn)送原型裝置，為 2024 年開(kāi)始的大規(guī)模生產(chǎn)做準(zhǔn)備。

基于 SiC 的逆變器

IPG5 是一款 800V SiC 逆變器，支持快速充電并提供一流的動(dòng)力總成效率。IPG5 可以為高達(dá) 350 kW 以上的電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，峰值持續(xù) 250 kW，重量和體積分別為 5.5 公斤和 3.79 升。它專為包括直接驅(qū)動(dòng)在內(nèi)的汽車應(yīng)用而設(shè)計(jì)，可高效地高速運(yùn)行電機(jī)并符合 ISO 26262 ASIL-D 標(biāo)準(zhǔn)。

“800 V 很可能成為電動(dòng)汽車事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)總線電壓，因?yàn)樗鼮槌焖俪潆姶蜷_(kāi)了大門，”邁凱輪應(yīng)用電氣化主管斯蒂芬蘭伯特說(shuō)?！叭缃?800 V 基礎(chǔ)設(shè)施是有限的，但隨著它變得越來(lái)越可用，越來(lái)越多的車輛將使用這種基礎(chǔ)設(shè)施，而 800 V 將變得司空見(jiàn)慣。它將允許消費(fèi)者在與加滿一箱汽油的時(shí)間相當(dāng)?shù)臅r(shí)間內(nèi)充電，同時(shí)通過(guò)使較小的電池足以滿足日常使用來(lái)幫助降低電動(dòng)汽車的成本。

“轉(zhuǎn)向 800 V 將與碳化硅的使用增加相吻合，因?yàn)?SiC 的效率優(yōu)勢(shì)補(bǔ)充了轉(zhuǎn)向 800 V 的好處，”他補(bǔ)充道。“更高的效率可以減小組件和冷卻系統(tǒng)的尺寸，從而使車輛在車輛層面更輕、更高效。這意味著電池可以做得更小，從而制造出更輕、更高效的車輛。這最終意味著每千瓦時(shí)行駛的距離會(huì)更大［對(duì)于更長(zhǎng)的范圍］，并且可以提高每分鐘的充電率［對(duì)于更快的充電］?！?/p>

更小的電路和更輕的重量，以及改進(jìn)的重量分布和更低的總功耗，都是在逆變器中采用 SiC 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。這是因?yàn)?SiC MOSFET 可以在明顯更高的開(kāi)關(guān)頻率下工作，從而使逆變器的許多電路部件變得更小。與傳統(tǒng)的硅功率半導(dǎo)體相比，SiC 器件還可以在更大的電壓和電流下工作，從而即使在高溫下也能提高功率密度并降低開(kāi)關(guān)損耗。

800-V 架構(gòu)旨在通過(guò)減少電線和更快的充電來(lái)適應(yīng)下一代電動(dòng)汽車。SiC 技術(shù)通過(guò)大幅提高開(kāi)關(guān)頻率來(lái)提供高開(kāi)關(guān)頻率，從而實(shí)現(xiàn)更快、更高效和更輕的傳輸。由于高效切換產(chǎn)生的熱量更少，冷卻系統(tǒng)可能會(huì)更小，從而降低變速器的重量和成本。

“隨著向 800 V 和 SiC 的轉(zhuǎn)變應(yīng)該會(huì)減少產(chǎn)生的熱能，原始設(shè)備制造商將資源分配給熱管理的需求也應(yīng)該會(huì)減少，”Lambert 說(shuō)?！斑@將與通過(guò)將電力電子設(shè)備更多地集成到更廣泛的系統(tǒng)中來(lái)降低成本的拉動(dòng)相吻合。因此，功率器件很可能會(huì)演變?yōu)閷槠嚴(yán)鋮s系統(tǒng)而設(shè)計(jì)。我們已經(jīng)看到制造商之間在功率模塊上采取了積極的降低成本的策略。下一步將是通過(guò)整合到更廣泛的系統(tǒng)中來(lái)確保降低成本?！?/p>

動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)效率的提高可以減小電池尺寸，這占電動(dòng)汽車總成本的很大一部分。根據(jù) McLaren 的說(shuō)法，對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，IPG5 憑借最先進(jìn)的體積功率密度可以輕松打包。逆變器可以不帶外殼提供，這在將現(xiàn)成組件封裝到定制系統(tǒng)中時(shí)提供了極大的靈活性。

“已經(jīng)做了大量工作來(lái)降低電動(dòng)汽車電池系統(tǒng)的成本，以使電動(dòng)汽車的價(jià)格與傳統(tǒng)汽車持平，”蘭伯特說(shuō)?！半姵貎r(jià)格的進(jìn)一步下降可能是由于制造工藝的改進(jìn)和產(chǎn)量的增加。然而，還有其他領(lǐng)域——特別是傳動(dòng)系統(tǒng)，其中逆變器是關(guān)鍵部件——并沒(méi)有看到相同的成本降低舉措，在不久的將來(lái)，技術(shù)創(chuàng)新和生產(chǎn)工藝創(chuàng)新將混合在一起?！?/p>

向電動(dòng)汽車的過(guò)渡和內(nèi)燃機(jī)的逐步替代正在推動(dòng)制造越來(lái)越高效的電動(dòng)汽車的競(jìng)賽。對(duì)于這些應(yīng)用，電力電子設(shè)備發(fā)揮著重要作用，允許更高效的逆變器、轉(zhuǎn)換器、動(dòng)力系統(tǒng)和車載充電器。