新能源車上的SiC半導(dǎo)體技術(shù)

前言

說實(shí)話，現(xiàn)在的很多新能源車都走到了技術(shù)的瓶頸，如何進(jìn)一步提升車輛的經(jīng)濟(jì)性成為工程師們撓頭的問題，不過前不久一些日系企業(yè)發(fā)布的技術(shù)似乎又讓我們看到了新的曙光，這就是應(yīng)用于新能源汽車的SiC(碳化硅)半導(dǎo)體及其零部件。

什么是碳化硅?這類材料的優(yōu)勢在哪里?

咱們常用的半導(dǎo)體材料，尤其是各種電子產(chǎn)品中的處理器、存儲(chǔ)器等芯片，通常都是基于硅晶體(單晶硅或多晶硅)制造出來的。而實(shí)際上還有一類半導(dǎo)體是基于化合物晶體制造的，SiC(碳化硅)半導(dǎo)體就是其中之一。

由于相比硅基半導(dǎo)體在材料特性上有所差異，SiC(碳化硅)半導(dǎo)體具備比硅基半導(dǎo)體更好的高頻、大功率、高輻射性能，也讓前者如今多用在航天等高技術(shù)領(lǐng)域。而隨著此項(xiàng)材料技術(shù)的普及，電力機(jī)車、混合動(dòng)力汽車等使用大功率半導(dǎo)體部件的交通工具也開始應(yīng)用。

應(yīng)用1：豐田、電裝合作的混動(dòng)部件——功率控制單元(PCU)

豐田中央研發(fā)實(shí)驗(yàn)室(CRDL)和著名零部件廠商電裝從1980年代就開始合作開發(fā)碳化硅半導(dǎo)體材料，而5月中旬它們正式發(fā)布了基于碳化硅半導(dǎo)體材料的零部件，應(yīng)用于新能源車型的功率控制單元(PCU)。由于功率控制單元擔(dān)負(fù)著轉(zhuǎn)換能量的任務(wù)(包括我們比較熟悉的逆變器)，所以會(huì)有不小的能量損耗——PCU通常會(huì)有25%也就是四分之一的能量在轉(zhuǎn)換中損失掉了，其中80%來自半導(dǎo)體部件。

新的SiC(碳化硅)半導(dǎo)體器件大大降低了由于半導(dǎo)體器件造成的能量損失，預(yù)計(jì)新技術(shù)成熟并應(yīng)用后，可以降低10%的總能量損耗，也就是說對(duì)于混合動(dòng)力車型，可以節(jié)省10%的燃油，這在現(xiàn)有技術(shù)框架下還是相當(dāng)可觀的進(jìn)步。

應(yīng)用2：基于SiC半導(dǎo)體、與電動(dòng)機(jī)整合為一體的逆變器

這項(xiàng)技術(shù)的開發(fā)商我們并不陌生，來自于日本電器制造巨頭三菱電器。由于碳化硅半導(dǎo)體零部件更為緊湊，以它開發(fā)的逆變器尺寸也更小，所以與電動(dòng)機(jī)能很好整合到一起。除開逆變器尺寸更小之外，還簡化了逆變器到電動(dòng)機(jī)的連接電路，同時(shí)系統(tǒng)的散熱設(shè)計(jì)也更簡單，可謂一舉多得。

小結(jié)：實(shí)際上新能源汽車的發(fā)展受到基礎(chǔ)技術(shù)的制約很大，類似碳化硅半導(dǎo)體部件的應(yīng)用已經(jīng)能夠提升車輛的性能——雖然距離裝備量產(chǎn)車型還有距離。而如果能在電池等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)突破，那將是革命性的進(jìn)步，電動(dòng)車的普及才不是一句口號(hào)。我們也會(huì)關(guān)注這些汽車基礎(chǔ)技術(shù)的最新進(jìn)展，為大家?guī)碜钚碌钠嚰夹g(shù)資訊。