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      2. 電動車的“萬金油”嗎?聊聊碳化硅技術

          糾錯  2022/4/14 10:21:00  糾錯 推薦指數: ★★★   加入收藏

        3月底,蔚來首款轎車ET7終于完成了首批車輛的交付,早在2021年NIO DAY新車首次亮相時,其搭載的新一代高效電驅平臺就被當做核心賣點。其中,新平臺應用的碳化硅(SiC)技術簡直被當做了“電車大力丸”一樣的存在。綜合工況效率91.5%、綜合續航里程1000km、整車最大功率和扭矩提升超過20%,仿佛只要碳化硅(SiC)傍身,電動車就成了剛吃完菠菜罐頭的大力水手POPEYE,瞬間跑得快、續航遠,進入全新紀元。

        其中,特斯拉率先于2018年開始在Model 3車型上采用了碳化硅材質的半導體場效電晶體(MOSFET)原件,以降低能耗,成了碳化硅技術的先行者。而2020年7月推出的比亞迪漢EV通過配備自研的碳化硅電機驅動控制器,達成了3.9S的0-100km/h加速時間和更亮眼的續航里程。

        因此,蔚來在碳化硅應用方面的地位猶如2021賽季的法拉利F1車手查爾斯·勒克萊爾,略有尷尬的屈居第四。

        此外,對于現代、通用集團、奧迪等一眾致力于推廣800V高壓平臺的車企而言,研發碳化硅技術在充電設備上的應用幾乎是無法替代的必選項。

        因此,令人不明覺厲的碳化硅(SiC)到底是一種怎樣的神奇材質呢?

        相比于芯片制造的傳統硅基材料,由于碳化硅在高電壓、大功率工作環境下性能更加優異,且電流傳導效率更高,因此也可以讓采用該技術的電動車更節能,并擁同時有更小巧緊湊的動力系統布局。目前看,碳化硅在純電動車的電機功率控制模塊和充電設備中有著廣泛的應用場景和發展空間。

        想提升動力、解決里程焦慮?光靠“堆料”可不行!

        為了讓電動車同時擁有出色的性能和續航表現,當前大多數車廠的慣用伎倆就是瘋狂“堆料”。

        比如通過直接增加電機功率獲得優異的加速性能,盡管這樣的做法可以在一定程度上提升動力性能,但新問題接踵而至。首當其沖的是大功率電機額外增加的體積對整車底盤布局帶來的困難。至于解決里程焦慮,更是”續航不夠,電池來湊”。

        今年3月初,特斯拉CEO埃隆·馬斯克在社交平臺上再度表示了對于以Lucid為首的車企單純追求續航里程而忽略成本和駕駛質感的不屑!疤厮估究梢栽谝荒昵熬屯瞥鯡PA續航里程達到900km的Model S,但這會使整車的體驗變差!彪S后他又對自己的觀點做出了解釋。

        IGBT:電動車發展的瓶頸

        不斷“加碼”的電池容積和電機功率不僅對車重和操控帶來了負面影響,同時也并未達成提升動力和改善續航的初始目的,而是遇到了全新的技術瓶頸。

        其核心原理在于,通過原件內部電容電感的充放電完成直流-交流(AC/DC)或(DC/DC)交流-交流的轉換。其在電路中的作用近似于機場、車站等人流密集場所維持秩序的“蛇形圍欄”,將“雜亂無章”的電流整理成平滑可控的交流電,再驅動車上的電機等用電器。

        但傳統的IGBT部件由硅基材料制成,受限于材質自身的物理性質,在實際應用中有很多不足。

        此外,IGBT在中低功率下發熱比較嚴重,而這意味在最多的城市內低速使用場景下大量電能的流失。根據豐田主要零部件供應商日本電裝(DENSO)的實驗數據:搭載IGBT的功率控制單元(PCU)在實際工作中轉換損失能量高達25%,而在損失的能量中,80%來自半導體部件(既IGBT)。更為嚴峻的是,IGBT所用的半導體材料很難在高溫狀態下穩定工作。

        最后,隨著電動車動力水平的不斷提升,對電機控制器、功率控制單元等部件的功率、工作電流要求越來越高,這就導致搭載IGBT的相關部件體積和重量越來越大。

        而隨著800V高壓平臺的普及,硅基IGBT材料愈發逼近技術極限,已然成了制約電動車發展的技術瓶頸。對此,能適應高溫、高頻、高壓環境下工作的碳化硅,就成了眾多車企乃至半導體行業公認的IGBT最佳替代方案。通用汽車集團高級副總裁Shilpan Amin就曾表示:“電動汽車用戶普遍更看重長續航里程,因此我們會將碳化硅視為新車電子架構中的重要組成部分!

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