SiC:n edut sähköautoteollisuudessa

Laajakaistaisena (WBG) puolijohdemateriaalina,SiC's suurempi energiaero antaa sille paremmat lämpö- ja elektroniset ominaisuudet verrattuna perinteiseen Si:iin. Tämä ominaisuus mahdollistaa teholaitteiden toiminnan korkeammissa lämpötiloissa, taajuuksilla ja jännitteillä.

SiCYrityksen energiatehokkuus sähköajoneuvoissa ja muissa elektronisissa ja sähkötuotteissa johtuu pitkälti itse materiaalista. SiC:hen verrattuna piikarbidilla on seuraavat ominaisuudet:

1. 10 kertaa dielektrisen läpilyöntikentän voimakkuus;

2. 2 kertaa elektronin kyllästymisnopeus;

3. 3 kertaa energiakaistaväli;

4. 3 kertaa korkeampi lämmönjohtavuus;

Lyhyesti sanottuna, kun käyttöjännite kasvaa, edutSiCtulla ilmeisemmiksi. Siiin verrattuna 1200 V SiC kytkimet ovat edullisempia kuin 600 V kytkimet. Tämä ominaisuus on johtanut piikarbidin tehokytkinlaitteiden laajaan käyttöön, mikä on parantanut merkittävästi sähköajoneuvojen, niiden latauslaitteiden ja energiainfrastruktuurin tehokkuutta, mikä tekee piikarbidista autonvalmistajien ja ensiluokkaisten toimittajien ykkösvaihtoehdon.

Mutta pienjänniteympäristöissä 300 V tai alle,SiCedut ovat suhteellisen pienet. Tässä tapauksessa toisella laajakaistaisella puolijohteella, galliumnitridillä (GaN), voi olla suurempi sovelluspotentiaali.

Kantama ja tehokkuus

Keskeinen eroSiCSiiin verrattuna on sen korkeampi järjestelmätason hyötysuhde, mikä johtuu SiC:n suuremmasta tehotiheydestä, pienemmistä tehohäviöistä, korkeammasta toimintataajuudesta ja korkeammasta käyttölämpötilasta. Tämä tarkoittaa suurempaa ajomatkaa yhdellä latauksella, pienempiä akkukokoja ja nopeampia sisäänrakennetun laturin (OBC) latausaikoja.

Sähköajoneuvojen maailmassa yksi suurimmista mahdollisuuksista piilee bensiinimoottoreiden vaihtoehtona olevissa sähkövoimansiirtoinvertterit. Kun tasavirta (DC) virtaa vaihtosuuntaajaan, muunnettu vaihtovirta (AC) auttaa moottoria pyörimään ja antaa virtaa pyörille ja muille elektronisille komponenteille. Nykyisen Si-kytkinteknologian korvaaminen edistyneelläSiC-sirutvähentää energiahäviöitä invertterissä ja antaa ajoneuvoille mahdollisuuden tarjota lisää kantamaa.

Siksi SiC MOSFETistä tulee pakottava kaupallinen tekijä, kun ominaisuuksista, kuten muototekijä, invertterin tai DC-DC-moduulin koko, tehokkuus ja luotettavuus, tulee keskeisiä näkökohtia. Suunnitteluinsinööreillä on nyt pienempiä, kevyempiä ja energiatehokkaampia tehoratkaisuja useisiin loppusovelluksiin. Otetaan esimerkiksi Tesla. Yrityksen aiempien sukupolvien sähköautoissa käytettiin Si IGBT:tä, mutta standardisedanimarkkinoiden nousu sai heidät ottamaan käyttöön SiC MOSFETin Model 3:ssa, joka on alan ensimmäinen.

Teho on avaintekijä

SiCMateriaalin ominaisuuksien ansiosta se on ensimmäinen valinta suuritehoisiin sovelluksiin, joissa on korkeita lämpötiloja, suuria virtoja ja korkea lämmönjohtavuus. Koska piikarbidilaitteet voivat toimia suuremmilla tehotiheyksillä, se voi mahdollistaa pienempiä muototekijöitä sähköajoneuvojen elektroniikka- ja sähköjärjestelmille. Goldman Sachsin mukaan SiC:n poikkeuksellinen tehokkuus voi vähentää sähköajoneuvojen valmistus- ja omistuskustannuksia lähes 2 000 dollarilla ajoneuvoa kohden.

Koska akun kapasiteetti on jo lähes 100 kWh joissakin sähköajoneuvoissa ja suunnitelmia jatkaa lisäämistä suurempien kantojen saavuttamiseksi, tulevien sukupolvien odotetaan luottavan suuresti piikarbidiin sen tehokkuuden ja suuremman tehon käsittelyn vuoksi. Toisaalta pienempitehoisille ajoneuvoille, kuten kaksiovisille lähtötason sähköajoneuvoille, PHEV:ille tai kevyille sähköajoneuvoille, joissa on 20 kWh tai pienempi akku, Si IGBT on taloudellisempi ratkaisu.

Tehohäviöiden ja hiilidioksidipäästöjen minimoimiseksi korkeajännitteisissä käyttöympäristöissä teollisuus suosii yhä enemmän piikarbidin käyttöä muihin materiaaleihin verrattuna. Itse asiassa monet sähköajoneuvojen käyttäjät ovat vaihtaneet alkuperäiset Si-ratkaisunsa uusiin SiC-kytkimiin, mikä vahvistaa entisestään piikarbiditekniikan ilmeisiä etuja järjestelmätasolla.