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北汽新能源國(guó)內(nèi)首家搭載高頻SiC電機(jī)控制器的實(shí)車測(cè)試強(qiáng)勢(shì)來(lái)襲！

2020-08-14 15:34:29·  來(lái)源：BJEV工匠  
　
SiC原料在電機(jī)控制器上有何應(yīng)用？到目前為止，新能源汽車的核心動(dòng)力系統(tǒng)是電機(jī)控制器上由硅原料（以下簡(jiǎn)稱為Si）加工制作而成的IGBT半導(dǎo)體功率器件，但是由于材
SiC原料在電機(jī)控制器上有何應(yīng)用？
到目前為止，新能源汽車的核心動(dòng)力系統(tǒng)是電機(jī)控制器上由硅原料（以下簡(jiǎn)稱為Si）加工制作而成的IGBT半導(dǎo)體功率器件，但是由于材料限制，傳統(tǒng)Si基功率器件在許多方面逐步逼近甚至已達(dá)到其材料的本征極限，如電壓阻斷能力、正向?qū)▔航?、器件開(kāi)關(guān)速度等，尤其在高頻和高功率領(lǐng)域更顯示出其局限性。以碳化硅（以下簡(jiǎn)稱為SiC）為代表的第三代半導(dǎo)體材料，正以其卓越的性能吸引著世界零部件供應(yīng)商和新能源汽車行業(yè)的注意。
電機(jī)控制器在整車位置 
 
 
SiC模塊在控制器內(nèi)部位置
 
 SiC市場(chǎng)份額
2019年，科銳與意法半導(dǎo)體簽署了價(jià)值5億多美元SiC襯底及外延片長(zhǎng)期供貨協(xié)議。
同年，科銳宣布將投入10億美元用以擴(kuò)大SiC產(chǎn)能，在其公司總部建造一座采用最先進(jìn)技術(shù)的自動(dòng)化碳化硅產(chǎn)品超級(jí)工廠，預(yù)計(jì)于2024年全部完工。與此同時(shí)，博世汽車宣布將在2020年生產(chǎn)用于電動(dòng)汽車的下一代節(jié)能芯片，爭(zhēng)取在未來(lái)三年內(nèi)尋找到SiC產(chǎn)品的量產(chǎn)路徑，這是博世133年歷史上最大的一筆投資。作為第一家將SiC模塊批量應(yīng)用到電動(dòng)汽車上的整車廠，特斯拉每年預(yù)計(jì)消耗50萬(wàn)片6寸SiC晶圓，ST已經(jīng)無(wú)法滿足其供應(yīng)需求，特斯拉正在尋求其它等晶圓廠家為其提供充足穩(wěn)定的貨源。
 
SiC究竟有何魅力？
SiC材料較Si材料相比具有3倍的禁帶場(chǎng)強(qiáng)、10倍的臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)、2倍的電子飽和漂移速率和3倍的熱導(dǎo)率等優(yōu)勢(shì)，具有更高頻、高效、耐高壓、耐高溫等特點(diǎn)。新能源汽車的選擇從Si材料轉(zhuǎn)變到SiC材料，主要目的就是通過(guò)改變控制器的控制方式、溫度、體積、效率等參數(shù)，提升整個(gè)系統(tǒng)的效率指標(biāo)，從而進(jìn)行整車系統(tǒng)優(yōu)化，達(dá)到續(xù)航里程的提升或相同里程下的成本優(yōu)勢(shì)。根據(jù)相關(guān)測(cè)試結(jié)果分析，采用SiC材料的控制器組件與Si基器件相比，控制器體積可以減少1/5，重量減輕35%，電力損耗從20%降低到5%，效率達(dá)到99%以上，整車?yán)m(xù)航里程提升5%以上，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。
但是，SiC材料的優(yōu)勢(shì)也為它帶來(lái)了相應(yīng)的挑戰(zhàn)。從材料成本上，SiC材料價(jià)格成本偏高，導(dǎo)致產(chǎn)品無(wú)法大規(guī)模推廣；在應(yīng)用技術(shù)上，如何提高SiC控制器開(kāi)關(guān)頻率、增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的高安全性、解決EMC與EMI（電磁兼容與干擾）問(wèn)題和降低SiC系統(tǒng)熱損耗等都是SiC產(chǎn)品批量應(yīng)用上需要克服的困難。

SiC控制器研發(fā)困難重重，
北汽新能源如何應(yīng)對(duì)？
 
為了提供更好的產(chǎn)品給客戶，北汽新能源在開(kāi)發(fā)SiC電機(jī)控制器的路上直面挑戰(zhàn)。早在2018年，北汽新能源就開(kāi)始了對(duì)SiC控制器的開(kāi)發(fā)。通過(guò)全新一代主控芯片的應(yīng)用、軟件架構(gòu)和代碼執(zhí)行效率的進(jìn)一步優(yōu)化，并基于SiC模塊進(jìn)行了包括驅(qū)動(dòng)能力、短路保護(hù)在內(nèi)的一系列驅(qū)動(dòng)電路的深度優(yōu)化設(shè)計(jì)。目前，北汽新能源開(kāi)發(fā)的SiC控制器開(kāi)關(guān)頻率已從最初的10kHz提升到25kHz，控制器功率達(dá)到220kW以上功率等級(jí)，在量產(chǎn)產(chǎn)品邊界下，控制器達(dá)到了43kW/L以上的功率密度，最高效率從98.5%提升到99.2%，同時(shí)控制器具備多核運(yùn)行、電源管理、主動(dòng)短路、高壓輔電等多種功能安全相關(guān)模塊，為整車安全運(yùn)行提供基礎(chǔ)保障。
 
在整車技術(shù)上，僅搭載SiC控制器一項(xiàng)措施優(yōu)化，整車NEDC效率就提升3個(gè)百分點(diǎn)。就控制器頻率的提升所帶來(lái)更為關(guān)鍵的技術(shù)突破——電機(jī)轉(zhuǎn)速的提升而言，北汽新能源已開(kāi)發(fā)出2萬(wàn)轉(zhuǎn)以上的高極對(duì)數(shù)永磁電機(jī)，目前正在緊鑼密鼓的測(cè)試中，預(yù)計(jì)未來(lái)搭載完整超高頻應(yīng)用SiC控制系統(tǒng)的整車NEDC效率至少可提高5%，整車減重10%以上，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)收益提升，達(dá)到既提高了整車收益性，又提升了整車綜合性能的應(yīng)用目標(biāo)。
 
吐魯番高溫試驗(yàn)
北汽新能源是國(guó)內(nèi)最早整車搭載SiC材料控制器并進(jìn)行量產(chǎn)的企業(yè)之一。近幾天，在40℃的炎炎烈日下，北汽新能源搭載第三代半導(dǎo)體SiC電機(jī)控制器的實(shí)車夏季測(cè)試成為了吐魯番最美的風(fēng)景線。后續(xù)，北汽新能源還會(huì)開(kāi)展里程可靠性試驗(yàn)和冬季高寒可靠性試驗(yàn)。
 
無(wú)懼嚴(yán)寒、無(wú)懼烈日，
北汽新能源專業(yè)技術(shù)一直在加速，
一切只為提供更好的產(chǎn)品和服務(wù)。
 
 
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