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[分享] 应用于新能源汽车的SiC(碳化硅)半导体及其零部件

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2021-2-27
发表于 2021-1-8 13:54:08 | 显示全部楼层 |阅读模式
说实话,现在的很多新能源车都走到了技术的瓶颈,如何进一步提升车辆的经济性成为工程师们挠头的问题,不过前不久一些日系企业发布的技术似乎又让我们看到了新的曙光,这就是应用于新能源汽车的SiC(碳化硅)半导体及其零部件。

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什么是碳化硅?这类材料的优势在哪里?

咱们常用的半导体材料,尤其是各种电子产品中的处理器、存储器等芯片,通常都是基于硅晶体(单晶硅或多晶硅)制造出来的。而实际上还有一类半导体是基于化合物晶体制造的,SiC(碳化硅)半导体就是其中之一。

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由于相比硅基半导体在材料特性上有所差异,SiC(碳化硅)半导体具备比硅基半导体更好的高频、大功率、高辐射性能,也让前者如今多用在航天等高技术领域。而随着此项材料技术的普及,电力机车、混合动力汽车等使用大功率半导体部件的交通工具也开始应用。

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应用1:丰田、电装合作的混动部件——功率控制单元(PCU)

丰田中央研发实验室(CRDL)和著名零部件厂商电装从1980年代就开始合作开发碳化硅半导体材料,而5月中旬它们正式发布了基于碳化硅半导体材料的零部件,应用于新能源车型的功率控制单元(PCU)。由于功率控制单元担负着转换能量的任务(包括我们比较熟悉的逆变器),所以会有不小的能量损耗——PCU通常会有25%也就是四分之一的能量在转换中损失掉了,其中80%来自半导体部件。

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新的SiC(碳化硅)半导体器件大大降低了由于半导体器件造成的能量损失,预计新技术成熟并应用后,可以降低10%的总能量损耗,也就是说对于混合动力车型,可以节省10%的燃油,这在现有技术框架下还是相当可观的进步。

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应用2:基于SiC半导体、与电动机整合为一体的逆变器

这项技术的开发商我们并不陌生,来自于日本电器制造巨头三菱电器。由于碳化硅半导体零部件更为紧凑,以它开发的逆变器尺寸也更小,所以与电动机能很好整合到一起。除开逆变器尺寸更小之外,还简化了逆变器到电动机的连接电路,同时系统的散热设计也更简单,可谓一举多得。

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小结:实际上新能源汽车的发展受到基础技术的制约很大,类似碳化硅半导体部件的应用已经能够提升车辆的性能——虽然距离装备量产车型还有距离。而如果能在电池等环节实现突破,那将是革命性的进步,电动车的普及才不是一句口号。

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