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【兆恒機械】碳化硅半導體技術 將在新能源車上使用

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  • 添加日期:2020年10月21日

說實話,現在的很多新能源車都走到了技術的瓶頸,如何進一步提升車輛的經濟性成為工程師們撓頭的問題,不過前不久一些日系企業發布的技術似乎又讓我們看到了新的曙光,這就是應用于新能源汽車的SiC(碳化硅)半導體及其零部件。

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什么是碳化硅?這類材料的優勢在哪里?

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

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

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應用1:豐田、電裝合作的混動部件——功率控制單元(PCU)

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

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新的SiC(碳化硅)半導體器件大大降低了由于半導體器件造成的能量損失,預計新技術成熟并應用后,可以降低10%的總能量損耗,也就是說對于混合動力車型,可以節省10%的燃油,這在現有技術框架下還是相當可觀的進步。

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應用2:基于SiC半導體、與電動機整合為一體的逆變器

這項技術的開發商我們并不陌生,來自于日本電器制造巨頭三菱電器。由于碳化硅半導體零部件更為緊湊,以它開發的逆變器尺寸也更小,所以與電動機能很好整合到一起。除開逆變器尺寸更小之外,還簡化了逆變器到電動機的連接電路,同時系統的散熱設計也更簡單,可謂一舉多得。

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小結:實際上新能源汽車的發展受到基礎技術的制約很大,類似碳化硅半導體部件的應用已經能夠提升車輛的性能——雖然距離裝備量產車型還有距離。而如果能在電池等環節實現突破,那將是革命性的進步,電動車的普及才不是一句口號。我們也會關注這些汽車基礎技術的最新進展,為大家帶來最新的汽車技術資訊。


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