Ưu điểm của SiC trong ngành EV

Là vật liệu bán dẫn có dải rộng (WBG),SiC'Sự chênh lệch năng lượng rộng hơn của Si mang lại cho nó các đặc tính nhiệt và điện tử cao hơn so với Si truyền thống. Tính năng này cho phép các thiết bị điện hoạt động ở nhiệt độ, tần số và điện áp cao hơn.

SiCHiệu quả sử dụng năng lượng của nó trong các ứng dụng xe điện và các sản phẩm điện, điện tử khác phần lớn là do chính vật liệu này. So với Si, SiC có những đặc điểm sau:

1. 10 lần cường độ trường đánh thủng điện môi;

2. Tốc độ bão hòa electron gấp 2 lần;

3. Khoảng cách dải năng lượng gấp 3 lần;

4. Độ dẫn nhiệt cao gấp 3 lần;

Nói tóm lại, khi điện áp hoạt động tăng lên, lợi ích củaSiCtrở nên rõ ràng hơn. So với Si, công tắc SiC 1200V có ưu điểm hơn công tắc 600V. Đặc điểm này đã dẫn đến việc ứng dụng rộng rãi các thiết bị chuyển mạch nguồn SiC, từ đó cải thiện đáng kể hiệu suất của xe điện, thiết bị sạc và cơ sở hạ tầng năng lượng, khiến SiC trở thành lựa chọn hàng đầu cho các nhà sản xuất ô tô và nhà cung cấp hạng nhất.

Nhưng trong môi trường điện áp thấp từ 300V trở xuống,SiCƯu điểm của nó là tương đối nhỏ. Trong trường hợp này, một chất bán dẫn có dải rộng khác là Gallium Nitride (GaN), có thể có tiềm năng ứng dụng lớn hơn.

Phạm vi và hiệu quả

Một điểm khác biệt chính củaSiCso với Si là hiệu suất ở cấp hệ thống cao hơn, do mật độ năng lượng lớn hơn của SiC, tổn thất điện năng thấp hơn, tần số hoạt động cao hơn và nhiệt độ hoạt động cao hơn. Điều này có nghĩa là phạm vi lái xe cao hơn trong một lần sạc, kích thước pin nhỏ hơn và thời gian sạc của bộ sạc trên xe (OBC) nhanh hơn.

Trong thế giới xe điện, một trong những cơ hội lớn nhất nằm ở bộ biến tần lực kéo cho hệ thống truyền động điện, giải pháp thay thế cho động cơ xăng. Khi dòng điện một chiều (DC) chạy vào biến tần, dòng điện xoay chiều (AC) được chuyển đổi giúp động cơ chạy, cung cấp năng lượng cho các bánh xe và các linh kiện điện tử khác. Thay thế công nghệ chuyển mạch Si hiện có bằng công nghệ tiên tiếnchip SiCgiảm tổn thất năng lượng trong bộ biến tần và cho phép các phương tiện cung cấp thêm phạm vi hoạt động.

Do đó, SiC MOSFET trở thành một yếu tố thương mại hấp dẫn khi các đặc tính như kiểu dáng, kích thước của biến tần hoặc mô-đun DC-DC, hiệu suất và độ tin cậy trở thành những vấn đề quan trọng cần cân nhắc. Các kỹ sư thiết kế hiện có các giải pháp năng lượng nhỏ hơn, nhẹ hơn và tiết kiệm năng lượng hơn cho nhiều ứng dụng cuối. Lấy Tesla làm ví dụ. Trong khi các thế hệ xe điện trước đây của công ty sử dụng Si IGBT, thì sự nổi lên của thị trường xe sedan tiêu chuẩn đã thúc đẩy họ áp dụng SiC MOSFET trong Model 3, một sản phẩm đầu tiên trong ngành.

Sức mạnh là yếu tố then chốt

SiCĐặc tính vật liệu của nó khiến nó trở thành lựa chọn hàng đầu cho các ứng dụng công suất cao với nhiệt độ cao, dòng điện cao và độ dẫn nhiệt cao. Bởi vì các thiết bị SiC có thể hoạt động ở mật độ năng lượng cao hơn nên nó có thể kích hoạt các hệ số dạng nhỏ hơn cho hệ thống điện và điện tử của xe điện. Theo Goldman Sachs, hiệu quả vượt trội của SiC có thể giảm chi phí sản xuất và sở hữu xe điện gần 2.000 USD/xe.

Với công suất pin đã đạt gần 100kWh ở một số xe điện và có kế hoạch tiếp tục tăng để đạt được phạm vi hoạt động cao hơn, các thế hệ tương lai dự kiến ​​sẽ phụ thuộc nhiều vào SiC để tăng hiệu quả và khả năng xử lý công suất cao hơn. Mặt khác, đối với các loại xe có công suất thấp hơn như xe điện hai cửa, PHEV hoặc xe điện hạng nhẹ sử dụng cỡ pin 20kWh hoặc nhỏ hơn, Si IGBT là giải pháp tiết kiệm hơn.

Để giảm thiểu tổn thất điện năng và lượng khí thải carbon trong môi trường hoạt động điện áp cao, ngành công nghiệp ngày càng ưu tiên sử dụng SiC hơn các vật liệu khác. Trên thực tế, nhiều người sử dụng xe điện đã thay thế giải pháp Si ban đầu của họ bằng công tắc SiC mới, điều này càng khẳng định những ưu điểm rõ ràng của công nghệ SiC ở cấp độ hệ thống.