【元件】解决“里程焦虑”和“充电焦虑”，SiC加速上车

时间： 2024-03-01 来源：森国科

技术问答

在全球汽车电动化的浪潮下，汽车半导体领域的功率电子器件作为汽车电动化的核心部件，成为了车企和电机控制器Tire1企业关注的热点。车用功率模块已从硅基IGBT为主的时代，开始逐步进入以碳化硅MOSFET为核心的发展阶段。

新能源汽车的续航里程问题一直是行业重点关注的问题，而影响续航里程的因素有很多，包括电池容量、车身重量、电力系统的电能转化效率等。功率半导体是电能转换的核心，碳化硅功率器件比硅基器件有低导通损耗、高开关频率和高工作耐压等优势，能获得更高的系统电能转换效率，且在使得同等电量情况下，比使用硅基功率器件获得更多的续航里程。多家车企已开始全面采用碳化硅功率模块，特斯拉的Model 3和Model Y、比亚迪的汉、蔚来的ET5和ET7、小鹏的G9和G6等车型相继量产碳化硅电机控制器，整车的续航里程与加速性能都得到了显著的提升。

森国科目前已有多款产品满足上车需求

在新能源汽车中，碳化硅功率器件的应用主要为两个方向，一个用于电机驱动逆变器（电机控制器），另一个用于车载电源系统，主要包括：电源转换系统（车载DC/DC）、车载充电系统（OBC）、车载空调系统（PTC和空压机）等方面。

SiC用在车用逆变器上，在相同功率等级下，全SiC模块的封装尺寸显著小于硅模块，同时也可以使开关损耗降低35％。在相同封装下，全SiC模块具备更高的电流输出能力，支持逆变器达到更高的功率。

以国内某知名车企使用SiC模块的电驱特点来看：

1.综合损耗降低，提升了4-6%续航里程，改善了车辆在城市工况下的功耗；

2.SiC模块使用过程中更耐高温，同等体积下最大电流能力提升30%以上；

3.开关速度更快、功率损耗更小，能降低逆变器开关造成的电流损耗；

4.多目标优化的电路设计，让可靠性、效率、寿命、电磁兼容、绝缘更好；

5.多目标优化软件控制策略，开关损耗降低33-35%，电控系统效率提升5-10%。

SiC模块的开关损耗很大程度上是由开关速度决定的，IGBT目前发展已经达到了性能天花板，本身性能导致其开关速度受到限制。SiC模块的禁带宽度是IGBT的3倍、绝缘击穿场强是IGBT的10倍左右、热传导率是IGBT的3倍、电子饱和迁移率是2倍。这些特性应用在功率器件中则意味着：

1.禁带宽度越大，临界击穿电压越大，更适合高压大功率应用，更适合800V平台使用；

2.高饱和电子迁移这个数值越高，开关速度就越快，在高压下的高频操作所需的驱动功率就越小，能量损耗就低；

3.高热导率能避免使用额外的冷却系统，有利于成本和小型化的处理，SiC最高工作温度1000°。

SiC模块更像是一个刚性开关，极快的开关速度带来更低的开关损耗；所以，关于驱动器电路的设计，其实SiC是更适合城市走走停停的工况，SiC模块更能发挥最大价值。

其实关于SiC模块的应用应该在硬件和软件上都会去做一个系统性的协调和系统性的优化，蔚来是这么解决的：低速行驶时，靠主驱动器（前电机最大功率180kW）驱动，发挥SiC模块高效的特点，在需要高速行驶时才会让后电机（最大功率300kW）参与驱动工作，提供更更好的动力。

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