Voordelen van SiC in de EV-industrie

Als halfgeleidermateriaal met brede bandafstand (WBG),SiC'Het grotere energieverschil geeft het hogere thermische en elektronische eigenschappen vergeleken met traditioneel Si. Deze functie zorgt ervoor dat elektrische apparaten kunnen werken bij hogere temperaturen, frequenties en spanningen.

SiCDe energie-efficiëntie van elektrische voertuigen en andere elektronische en elektrische producten is grotendeels te danken aan het materiaal zelf. Vergeleken met Si heeft SiC de volgende kenmerken:

1. 10 keer de diëlektrische doorslagveldsterkte;

2. 2 keer de elektronenverzadigingssnelheid;

3. 3 keer de energiebandafstand;

4. 3 keer hogere thermische geleidbaarheid;

Kortom, naarmate de bedrijfsspanning toeneemt, worden de voordelen vanSiCduidelijker worden. Vergeleken met Si zijn 1200V SiC-schakelaars voordeliger dan 600V-schakelaars. Dit kenmerk heeft geleid tot de wijdverbreide toepassing van SiC-stroomschakelapparatuur, waardoor de efficiëntie van elektrische voertuigen, hun oplaadapparatuur en energie-infrastructuur aanzienlijk is verbeterd, waardoor SiC de eerste keuze is geworden voor autofabrikanten en eerstelijnsleveranciers.

Maar in laagspanningsomgevingen van 300 V en lagerSiC’ De voordelen zijn relatief klein. In dit geval heeft een andere halfgeleider met grote bandafstand, Gallium Nitride (GaN), mogelijk een groter toepassingspotentieel.

Bereik en efficiëntie

Een belangrijk verschil vanSiCvergeleken met Si is de hogere efficiëntie op systeemniveau, die te danken is aan de grotere vermogensdichtheid van SiC, lagere vermogensverliezen, hogere werkfrequentie en hogere bedrijfstemperatuur. Dit betekent een groter rijbereik met één keer opladen, kleinere accuformaten en snellere oplaadtijden van de ingebouwde lader (OBC).

In de wereld van elektrische voertuigen ligt een van de grootste kansen in tractie-omvormers voor elektrische aandrijflijnen die alternatieven zijn voor benzinemotoren. Wanneer gelijkstroom (DC) in de omvormer stroomt, helpt de omgezette wisselstroom (AC) de motor draaien, waardoor de wielen en andere elektronische componenten worden aangedreven. Vervanging van bestaande Si-schakelaartechnologie door geavanceerdeSiC-chipsvermindert energieverliezen in de omvormer en zorgt ervoor dat voertuigen een extra actieradius kunnen bieden.

Daarom wordt SiC MOSFET een dwingende commerciële factor wanneer kenmerken zoals vormfactor, grootte van de omvormer of DC-DC-module, efficiëntie en betrouwbaarheid belangrijke overwegingen worden. Ontwerpingenieurs hebben nu kleinere, lichtere en energiezuinigere stroomoplossingen voor een verscheidenheid aan eindtoepassingen. Neem bijvoorbeeld Tesla. Terwijl de vorige generaties elektrische voertuigen van het bedrijf Si IGBT gebruikten, bracht de opkomst van de markt voor standaard sedans hen ertoe om SiC MOSFET te adopteren in de Model 3, een primeur in de sector.

Macht is de belangrijkste factor

SiCDe materiaaleigenschappen maken het een eerste keuze voor toepassingen met hoog vermogen met hoge temperaturen, hoge stromen en hoge thermische geleidbaarheid. Omdat SiC-apparaten met hogere vermogensdichtheden kunnen werken, kunnen kleinere vormfactoren voor elektronische en elektrische systemen van elektrische voertuigen mogelijk zijn. Volgens Goldman Sachs kan de buitengewone efficiëntie van SiC de productie- en eigendomskosten van elektrische voertuigen met bijna $ 2.000 per voertuig verlagen.

Nu de batterijcapaciteit in sommige elektrische voertuigen al bijna 100 kWh bedraagt, en er plannen zijn voor verdere verhogingen om een ​​grotere actieradius te bereiken, wordt verwacht dat toekomstige generaties sterk afhankelijk zullen zijn van SiC vanwege de extra efficiëntie en het vermogen om meer vermogen te verwerken. Aan de andere kant is Si IGBT een meer economische oplossing voor voertuigen met een lager vermogen, zoals tweedeurs elektrische instapvoertuigen, PHEV, of lichte elektrische voertuigen die een batterij van 20 kWh of kleiner gebruiken.

Om vermogensverliezen en koolstofemissies in omgevingen met hoge spanning te minimaliseren, geeft de industrie steeds meer de voorkeur aan het gebruik van SiC boven andere materialen. Veel gebruikers van elektrische voertuigen hebben hun originele Si-oplossingen vervangen door nieuwe SiC-schakelaars, wat de voor de hand liggende voordelen van SiC-technologie op systeemniveau verder bevestigt.