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SiC和硅基IGBT的效率相差了多少?

發布時間:2022-03-18作者來源:薩科微瀏覽:2924

最近功率電子比較熱門,我這邊把幾份材料的一些觀點梳理一下。


2022年是中國碳化硅使用的很重要的一個年份,主要是目前800V系統帶來了很多變化,具體從各個層面到底有哪些差異,我想根據梳理材料來和大家探討。


我們首先來說IGBT,其實在電動汽車領域特別要感謝英飛凌,在歐洲汽車企業沒進來之前,日產、本田和豐田都是圍繞自己的技術開發逆變器,而且把IGBT的冷卻和迭代技術作為核心;特斯拉在導入SIC以前,也是使用單管IGBT來做大功率驅動,在英飛凌做了標準封裝6in1的IGBT以后,極大降低了逆變器的開發難度。


▲圖1.IGBT的幾種用法


在面向大功率的逆變器設計中,特斯拉的工程師采用了分立式單管并聯、內置單管散熱和冷卻技術和功率疊層母排技術,使得這玩意功率提高了,但是組裝工藝相當復雜。


▲圖2.特斯拉單管IGBT的設計


所以在迭代中,特斯拉是[敏感詞]個在400V的產品里直接迭代成了SiC。按照Cree給出來的數據參考,如下圖所示:


功率密度和效率:

▲圖3.如果把SiC和IGBT按功率和電流密度來比較


當然從逆變器本身的效能來看,主要根據參數規格來對標:


▲表1.電機、逆變器和整車參數的對比


也就是說400VSiC帶來的效能,后續很多的車輛才趕上,類似Lucid Air這種車也能實現較高的Mile/kWh。


▲圖4.整車的能效按照時間概覽


下圖是動態特性,在跑UDDS和HWFET兩種不同工況的狀態下,逆變器效率的對比,從這里看還是有一個動態的差異,從4%-7%的差別。


備注:這個數據是FEV來做的,使用了抽象化的數據來進行對比。


▲圖5.SiC和硅基IGBT的效率差異


也就是說,在仿真層面和實際測試是能對照,確實存在很大的效率差異


▲圖6.SiC福特的對比


從這個意義上來說,2%在充電層面,6%在運行層面,兩個系統效率差異在8%——這對于同等大電池,特別是100-120kWh的快充電池,按照8%的效能來算,可以加權得到8-10kWh的電池凈收益;如果按照0.8元/Wh,對應大概在6400-8000元。


長遠來說,不光是成本的收益,大容量電池想要達到高續航和高效能,必然首先需要SiC的支撐。


▲圖7.碳化硅的效率差異





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