Πλεονεκτήματα του SiC στη βιομηχανία EV

Ως ημιαγωγικό υλικό με ευρύ διάκενο (WBG),Ούτω'Η μεγαλύτερη διαφορά ενέργειας του δίνει υψηλότερες θερμικές και ηλεκτρονικές ιδιότητες σε σύγκριση με το παραδοσιακό Si. Αυτή η δυνατότητα επιτρέπει στις συσκευές ισχύος να λειτουργούν σε υψηλότερες θερμοκρασίες, συχνότητες και τάσεις.

ΟύτωΗ ενεργειακή απόδοση του σε εφαρμογές ηλεκτρικών οχημάτων και άλλων ηλεκτρονικών και ηλεκτρικών προϊόντων οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στο ίδιο το υλικό. Σε σύγκριση με το Si, το SiC έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:

1. 10 φορές την ένταση του πεδίου διηλεκτρικής διάσπασης.

2. 2 φορές την ταχύτητα κορεσμού ηλεκτρονίων.

3. 3 φορές το ενεργειακό χάσμα ζώνης.

4. 3 φορές υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα.

Με λίγα λόγια, καθώς αυξάνεται η τάση λειτουργίας, τα πλεονεκτήματα τουΟύτωγίνονται πιο εμφανείς. Σε σύγκριση με το Si, οι διακόπτες SiC 1200V είναι πιο πλεονεκτικοί από τους διακόπτες 600V. Αυτό το χαρακτηριστικό οδήγησε στην ευρεία εφαρμογή των συσκευών μεταγωγής ισχύος SiC, βελτιώνοντας έτσι σημαντικά την απόδοση των ηλεκτρικών οχημάτων, τον εξοπλισμό φόρτισης και την ενεργειακή υποδομή τους, καθιστώντας το SiC την πρώτη επιλογή για κατασκευαστές αυτοκινήτων και προμηθευτές πρώτης κατηγορίας.

Αλλά σε περιβάλλοντα χαμηλής τάσης 300V και κάτω,ΟύτωΤα πλεονεκτήματα του είναι σχετικά μικρά. Σε αυτήν την περίπτωση, ένας άλλος ημιαγωγός ευρείας ζώνης, το Νιτρίδιο του Γαλίου (GaN), μπορεί να έχει μεγαλύτερες δυνατότητες εφαρμογής.

Εμβέλεια και αποτελεσματικότητα

Βασική διαφορά τουΟύτωσε σύγκριση με το Si είναι η υψηλότερη απόδοση σε επίπεδο συστήματος, η οποία οφείλεται στη μεγαλύτερη πυκνότητα ισχύος του SiC, στις χαμηλότερες απώλειες ισχύος, στην υψηλότερη συχνότητα λειτουργίας και στην υψηλότερη θερμοκρασία λειτουργίας. Αυτό σημαίνει μεγαλύτερη εμβέλεια οδήγησης με μία μόνο φόρτιση, μικρότερα μεγέθη μπαταριών και ταχύτερους χρόνους φόρτισης ενσωματωμένου φορτιστή (OBC).

Στον κόσμο των ηλεκτρικών οχημάτων, μία από τις μεγαλύτερες ευκαιρίες βρίσκεται στους μετατροπείς έλξης για ηλεκτρικά συστήματα μετάδοσης κίνησης που είναι εναλλακτικές των βενζινοκινητήρων. Όταν το συνεχές ρεύμα (DC) ρέει στον μετατροπέα, το μετατρεπόμενο εναλλασσόμενο ρεύμα (AC) βοηθά τον κινητήρα να λειτουργεί, τροφοδοτώντας τους τροχούς και άλλα ηλεκτρονικά εξαρτήματα. Αντικατάσταση της υπάρχουσας τεχνολογίας διακόπτη Si με προηγμένηΤσιπ Ούτωμειώνει τις απώλειες ενέργειας στον μετατροπέα και επιτρέπει στα οχήματα να παρέχουν επιπλέον αυτονομία.

Επομένως, το SiC MOSFET γίνεται ένας συναρπαστικός εμπορικός παράγοντας όταν χαρακτηριστικά όπως ο συντελεστής μορφής, το μέγεθος του μετατροπέα ή της μονάδας DC-DC, η απόδοση και η αξιοπιστία γίνονται βασικά ζητήματα. Οι μηχανικοί σχεδιασμού διαθέτουν πλέον μικρότερες, ελαφρύτερες και πιο ενεργειακά αποδοτικές λύσεις ισχύος για μια ποικιλία τελικών εφαρμογών. Πάρτε για παράδειγμα την Tesla. Ενώ οι προηγούμενες γενιές ηλεκτρικών οχημάτων της εταιρείας χρησιμοποιούσαν Si IGBT, η άνοδος της βασικής αγοράς σεντάν τις ώθησε να υιοθετήσουν το SiC MOSFET στο Model 3, μια πρώτη βιομηχανία.

Η ισχύς είναι ο βασικός παράγοντας

ΟύτωΟι ιδιότητες του υλικού το καθιστούν μια πρώτη επιλογή για εφαρμογές υψηλής ισχύος με υψηλές θερμοκρασίες, υψηλά ρεύματα και υψηλή θερμική αγωγιμότητα. Επειδή οι συσκευές SiC μπορούν να λειτουργούν σε υψηλότερες πυκνότητες ισχύος, μπορούν να ενεργοποιήσουν μικρότερους συντελεστές μορφής για ηλεκτρονικά και ηλεκτρικά συστήματα ηλεκτρικών οχημάτων. Σύμφωνα με την Goldman Sachs, η εξαιρετική απόδοση του SiC μπορεί να μειώσει το κόστος κατασκευής και ιδιοκτησίας των ηλεκτρικών οχημάτων κατά σχεδόν 2.000 $ ανά όχημα.

Με τη χωρητικότητα της μπαταρίας να φτάνει ήδη σχεδόν τις 100 kWh σε ορισμένα ηλεκτρικά οχήματα και με σχέδια για συνεχείς αυξήσεις για την επίτευξη υψηλότερων εμβέλειας, οι μελλοντικές γενιές αναμένεται να βασίζονται σε μεγάλο βαθμό στο SiC για την πρόσθετη απόδοση και την ικανότητά του να χειρίζεται υψηλότερη ισχύ. Από την άλλη πλευρά, για οχήματα χαμηλής ισχύος, όπως δίθυρα ηλεκτρικά οχήματα εισόδου, PHEV ή ελαφρά ηλεκτρικά οχήματα που χρησιμοποιούν μπαταρίες 20 kWh ή μικρότερα, το Si IGBT είναι μια πιο οικονομική λύση.

Για να ελαχιστοποιηθούν οι απώλειες ισχύος και οι εκπομπές άνθρακα σε περιβάλλοντα λειτουργίας υψηλής τάσης, η βιομηχανία ευνοεί όλο και περισσότερο τη χρήση του SiC έναντι άλλων υλικών. Στην πραγματικότητα, πολλοί χρήστες ηλεκτρικών οχημάτων έχουν αντικαταστήσει τις αρχικές τους λύσεις Si με νέους διακόπτες SiC, γεγονός που επικυρώνει περαιτέρω τα προφανή πλεονεκτήματα της τεχνολογίας SiC σε επίπεδο συστήματος.