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SiC 和硅基 IGBT 的效率相差了多少?
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最近功率电子比较热门,我这边把几份材料的一些观点梳理一下。

2022 年是中国碳化硅使用的很重要的一个年份,主要是目前 800V 系统带来了很多变化 , 具体从各个层面到底有哪些差异,我想根据梳理材料来和大家探讨。

我们首先来说 IGBT ,其实在电动汽车领域特别要感谢英飞凌,在欧洲汽车企业没进来之前,日产、本田和丰田都是围绕自己的技术开发逆变器,而且把 IGBT 的冷却和迭代技术作为核心.

特斯拉在导入 SiC 以前,也是使用单管 IGBT 来做大功率驱动,在英飞凌做 了标准封装 6in1 的 IGBT 以后,极大降低了逆变器的开发难度。

▲图1.IGBT的几种用法

在面向大功率的逆变器设计中,特斯拉的工程师采用了分立式单管并联、内置单管散热和冷却技术和功率叠层母排技术,使得这玩意功率提高了,但是组装工艺相当复杂。

▲图2.特斯拉单管IGBT的设计

所以在迭代中, 特斯拉是第一个在 400V 的产品里直接迭代成了 SiC 。按照 Cree 给出来的数据参考,如下图所示:

功率密度和效率:

▲图3. 如果把SiC和IGBT按功率和电流密度来比较

当然从逆变器本身的效能来看,主要根据参数规格来对标:

▲表1. 电机、逆变器和整车参数的对比

也就是说 400V SiC 带来的效能,后续很多的车辆才赶上,类似 Lucid Air 这种车也能实现较高的 Mile/kWh。

▲图4.整车的能效按照时间概览

下图是动态特性,在跑 UDDS 和 HWFET 两种不同工况的状态下,逆变器效率的对比,从这里看还是有一个动态的差异,从 4%-7% 的差别。

备注:这个数据是 FEV 来做的,使用了抽象化的数据来进行对比。

▲图5.SiC和硅基IGBT的效率差异

也就是说, 在仿真层面和实际测试是能对照,确实存在很大的效率差异 。

▲图6.SiC福特的对比

从这个意义上来说,2% 在充电层面,6% 在运行层面,两个系统效率差异在 8%——这对于同等大电池,特别是 100-120kWh 的快充电池,按照 8% 的效能来算,可以加权得到 8-10kWh 的电池净收益;如果按照 0.8元/Wh,对应大概在 6400-8000 元。

长远来说,不光是成本的收益,大容量电池想要达到高续航和高效能,必然首先需要 SiC 的支撑。

▲图7.碳化硅的效率差异

小结:我是觉得碳化硅的效率差异,虽然不大,但是在大容量电池上面有很明显的提升,接下来我们有空关注下 SiC 模组的封装。

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