Fördelar med SiC i elbilsindustrin

Som ett halvledarmaterial med breda bandgap (WBG)Sic'Den större energiskillnaden ger den högre termiska och elektroniska egenskaper jämfört med traditionell Si. Denna funktion gör det möjligt för kraftenheter att arbeta vid högre temperaturer, frekvenser och spänningar.

SicEnergieffektiviteten i elfordonsapplikationer och andra elektroniska och elektriska produkter beror till stor del på själva materialet. Jämfört med Si har SiC följande egenskaper:

1. 10 gånger den dielektriska genombrottsfältstyrkan;

2. 2 gånger elektronmättnadshastigheten;

3. 3 gånger energibandgapet;

4. 3 gånger högre värmeledningsförmåga;

Kort sagt, när driftspänningen ökar, fördelarna medSicbli tydligare. Jämfört med Si är 1200V SiC-omkopplare mer fördelaktiga än 600V-omkopplare. Denna egenskap har lett till den utbredda tillämpningen av SiC-strömbrytare, vilket avsevärt har förbättrat effektiviteten hos elfordon, deras laddningsutrustning och energiinfrastruktur, vilket gör SiC till förstahandsvalet för biltillverkare och förstklassiga leverantörer.

Men i lågspänningsmiljöer på 300V och lägre,SicFördelarna är relativt små. I det här fallet kan en annan halvledare med stort bandgap, Gallium Nitride (GaN), ha större applikationspotential.

Räckvidd och effektivitet

En viktig skillnad påSicjämfört med Si är dess högre verkningsgrad på systemnivå, vilket beror på SiC:s högre effekttäthet, lägre effektförluster, högre driftfrekvens och högre driftstemperatur. Detta innebär högre räckvidd på en laddning, mindre batteristorlekar och snabbare laddningstider för inbyggd laddare (OBC).

I elfordonsvärlden ligger en av de största möjligheterna i traktionsväxelriktare för elektriska drivlinor som är alternativ till bensinmotorer. När likström (DC) flödar in i växelriktaren, hjälper den omvandlade växelströmmen (AC) motorn att gå, driver hjulen och andra elektroniska komponenter. Ersätter befintlig Si-switchteknik med avanceradSic-chipsminskar energiförlusterna i växelriktaren och gör det möjligt för fordon att ge ytterligare räckvidd.

Därför blir SiC MOSFET en övertygande kommersiell faktor när egenskaper som formfaktor, storlek på växelriktaren eller DC-DC-modulen, effektivitet och tillförlitlighet blir viktiga överväganden. Designingenjörer har nu mindre, lättare och mer energieffektiva kraftlösningar för en mängd olika slutapplikationer. Ta Tesla till exempel. Medan företagets tidigare generationer av elfordon använde Si IGBT, fick de uppgången av standard sedan-marknaden dem att använda SiC MOSFET i Model 3, en branschförst.

Makt är nyckelfaktorn

SicMaterialegenskaperna gör den till ett förstahandsval för applikationer med hög effekt med höga temperaturer, höga strömmar och hög värmeledningsförmåga. Eftersom SiC-enheter kan arbeta med högre effekttätheter, kan det möjliggöra mindre formfaktorer för elektriska fordons elektroniska och elektriska system. Enligt Goldman Sachs kan SiC:s extraordinära effektivitet minska tillverknings- och ägandekostnaderna för elfordon med nästan 2 000 USD per fordon.

Med batterikapacitet som redan når nästan 100 kWh i vissa elfordon, och planer på fortsatta ökningar för att uppnå högre räckvidder, förväntas framtida generationer förlita sig starkt på SiC för dess ökade effektivitet och förmåga att hantera högre effekt. Å andra sidan, för fordon med lägre effekt som tvådörrars instegselektriska fordon, PHEV eller lätta elfordon som använder 20 kWh eller mindre batteristorlekar, är Si IGBT en mer ekonomisk lösning.

För att minimera effektförluster och koldioxidutsläpp i högspänningsmiljöer, gynnar industrin alltmer användningen av SiC framför andra material. Faktum är att många elfordonsanvändare har ersatt sina ursprungliga SiC-lösningar med nya SiC-switchar, vilket ytterligare validerar de uppenbara fördelarna med SiC-teknik på systemnivå.