Fordeler med SiC i elbilindustrien

Som et bredt båndgap (WBG) halvledermateriale,SiC'Den større energiforskjellen gir den høyere termiske og elektroniske egenskaper sammenlignet med tradisjonell Si. Denne funksjonen gjør at strømenheter kan fungere ved høyere temperaturer, frekvenser og spenninger.

SiCEnergieffektiviteten i applikasjoner for elektriske kjøretøy og andre elektroniske og elektriske produkter skyldes i stor grad selve materialet. Sammenlignet med Si har SiC følgende egenskaper:

1. 10 ganger den dielektriske nedbrytningsfeltstyrken;

2. 2 ganger elektronmetningshastigheten;

3. 3 ganger energibåndgapet;

4. 3 ganger høyere termisk ledningsevne;

Kort sagt, ettersom driftsspenningen øker, vil fordelene vedSiCbli mer tydelig. Sammenlignet med Si er 1200V SiC-brytere mer fordelaktige enn 600V-brytere. Denne egenskapen har ført til den utbredte bruken av SiC-strømbryterenheter, og dermed forbedret effektiviteten til elektriske kjøretøyer, deres ladeutstyr og energiinfrastruktur betydelig, noe som gjør SiC til førstevalget for bilprodusenter og førsteklasses leverandører.

Men i lavspenningsmiljøer på 300V og under,SiCFordelene er relativt små. I dette tilfellet kan en annen halvleder med bred båndgap, Gallium Nitride (GaN), ha større brukspotensial.

Rekkevidde og effektivitet

En nøkkelforskjell påSiCsammenlignet med Si er dens høyere systemnivåeffektivitet, noe som skyldes SiCs større effekttetthet, lavere effekttap, høyere driftsfrekvens og høyere driftstemperatur. Dette betyr større rekkevidde på en enkelt lading, mindre batteristørrelser og raskere ladetider for on-board lader (OBC).

I en verden av elektriske kjøretøy ligger en av de største mulighetene i trekkraftinvertere for elektriske drivlinjer som er alternativer til bensinmotorer. Når likestrøm (DC) strømmer inn i omformeren, hjelper den konverterte vekselstrømmen (AC) motoren til å kjøre, og driver hjulene og andre elektroniske komponenter. Erstatter eksisterende Si-bryterteknologi med avansertSiC-brikkerreduserer energitap i omformeren og gjør det mulig for kjøretøy å gi ekstra rekkevidde.

Derfor blir SiC MOSFET en overbevisende kommersiell faktor når egenskaper som formfaktor, størrelsen på omformeren eller DC-DC-modulen, effektivitet og pålitelighet blir nøkkelbetraktninger. Designingeniører har nå mindre, lettere og mer energieffektive kraftløsninger for en rekke sluttapplikasjoner. Ta Tesla for eksempel. Mens selskapets tidligere generasjoner av elektriske kjøretøy brukte Si IGBT, førte fremveksten av standard sedan-markedet dem til å ta i bruk SiC MOSFET i Model 3, en industri først.

Makt er nøkkelfaktoren

SiCMaterialegenskapene gjør den til et førstevalg for høyeffektapplikasjoner med høye temperaturer, høye strømmer og høy varmeledningsevne. Fordi SiC-enheter kan operere med høyere effekttettheter, kan det muliggjøre mindre formfaktorer for elektroniske og elektriske systemer for elektriske kjøretøy. I følge Goldman Sachs kan SiCs ekstraordinære effektivitet redusere produksjons- og eierkostnadene til elektriske kjøretøy med nesten $2000 per kjøretøy.

Med batterikapasiteten som allerede når nesten 100 kWh i enkelte elektriske kjøretøy, og planer om fortsatt økning for å oppnå høyere rekkevidde, forventes fremtidige generasjoner å stole sterkt på SiC for sin ekstra effektivitet og evne til å håndtere høyere effekt. På den annen side, for kjøretøyer med lavere effekt som todørs elektriske kjøretøy på inngangsnivå, PHEV eller lette elektriske kjøretøyer som bruker 20 kWh eller mindre batteristørrelser, er Si IGBT en mer økonomisk løsning.

For å minimere strømtap og karbonutslipp i høyspente driftsmiljøer, favoriserer industrien i økende grad bruken av SiC fremfor andre materialer. Faktisk har mange brukere av elbiler erstattet sine originale Si-løsninger med nye SiC-brytere, noe som ytterligere validerer de åpenbare fordelene med SiC-teknologi på systemnivå.