德國零部件制造商采埃孚宣布，使用碳化硅的大功率模塊計(jì)劃在3到4年內(nèi)批量生產(chǎn)。
近日，采埃孚研發(fā)了一套電驅(qū)動(dòng)器裝置，包括新開發(fā)的變速器和大功率模塊，和250KW的電機(jī)。這套電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是采埃孚為FIA Formula E系列的法國電動(dòng)賽車制造商Venturi團(tuán)隊(duì)研發(fā)。
采埃孚在該套電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的大功率模塊中首次使用碳化硅，使得其電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)比目前已經(jīng)批量應(yīng)用的電驅(qū)動(dòng)具備更高的能量轉(zhuǎn)換效率。碳化硅（SIC）芯片組的設(shè)計(jì)比目前的常用芯片薄十倍，因此產(chǎn)生較低的內(nèi)阻，進(jìn)而提高了電池效率和范圍。
采埃孚E-Mobility負(fù)責(zé)人J?rg Grotendorst宣布，使用碳化硅的大功率模塊計(jì)劃在大約3到4年內(nèi)用于批量生產(chǎn)。采埃孚這一技術(shù)無疑是超前的。
目前，市場上用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和充電系統(tǒng)的核心功能器件IGBT，一般以Si(硅)等為主要材料，第一代、第二代功率半導(dǎo)體材料是硅(si)和砷化鎵(GaAs)，并已經(jīng)實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用。但以SI等為材料的IGBT電壓范圍是600-6500V之間，隨著電壓、溫度、頻率、功率等指標(biāo)的大幅提高，傳統(tǒng)SI材料IGBT已經(jīng)無法勝任。
而以SiC 大功率模塊為代表的碳化硅器件被認(rèn)為是未來新能源汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，也是實(shí)現(xiàn)高溫、高效、高速運(yùn)行的重要途徑。
中國電動(dòng)汽車百人會(huì)執(zhí)行副理事長歐陽明高院士在2018年百人會(huì)上談到驅(qū)動(dòng)電機(jī)未來方向時(shí)，更是直言“2025年碳化硅將全面取代IGBT?！?
以碳化硅(SiC)等為代表的第三代半導(dǎo)體材料，具有禁帶寬度大、擊穿電場高、熱導(dǎo)率高、開關(guān)損耗小、頻率高、功率大等優(yōu)勢，是同等硅器件耐壓的10倍，能夠減低系統(tǒng)尺寸和運(yùn)行成本。
此外，碳化硅具有在高頻率時(shí)損耗低的優(yōu)勢，能將車輛的效率再提高10%左右，這還意味著續(xù)航里程可以得到同樣的提升，電池成本有可能大幅下降。
不過，碳化硅大功率模塊目前由于技術(shù)和工藝相對滯后，并且價(jià)格較高昂，成本比傳統(tǒng)硅材料高5-6倍，面臨著熱平衡挑戰(zhàn)等難題，目前應(yīng)用較少，大部門企業(yè)都停留在斥資布局階段。
而采埃孚的碳化硅功率模塊若能在2022年-2023年大規(guī)模量產(chǎn)，必將給產(chǎn)業(yè)帶來較大的沖擊。
此外，采埃孚還將電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)高效率與減輕重量相結(jié)合。如在大功率模塊中使用碳，針對變速器殼體采埃孚則使用了輕質(zhì)金屬合金，與傳統(tǒng)材料相比，這兩種材料都顯著減輕了重量。工程師不得不在冷卻和潤滑方面取得新的突破，以實(shí)現(xiàn)高效傳動(dòng)比的減重。干式油底殼潤滑提高了減速齒輪的能量轉(zhuǎn)換效率。
