SiC與低能耗

在近幾年各大新能源車企的強(qiáng)力科普之下，一輛新能源汽車中，“碳化硅”已經(jīng)與低能耗、高功率等特性所捆綁，當(dāng)車企宣傳自己的車型采用了SiC的時(shí)候，就已經(jīng)秒懂這意味著相比其他車型更加節(jié)能，當(dāng)然也可能更貴了。與此同時(shí)，相信在近幾年通過我們大量關(guān)于SiC的報(bào)道文章，大家也對(duì)SiC非常熟悉了。首先SiC在材料性質(zhì)上具備很大的優(yōu)勢，耐高壓能力是硅的 10倍、耐高溫能力是硅的 2倍、高頻能力是硅的 2倍；其次與硅基功率模塊（比如IGBT）相比，碳化硅二極管及開關(guān)管組成的模塊（全碳模塊），不僅具有碳化硅材料本征特性優(yōu)勢，在應(yīng)用時(shí)還可以縮小模塊體積50%以上、消減電子轉(zhuǎn)換損耗80%以上；碳化硅基 MOSFET 在相同環(huán)境下，對(duì)比同規(guī)格硅基 IGBT 的能量損失減少66%，主要來自開關(guān)損耗的大幅減少。相同規(guī)格的碳化硅基 MOSFET 與硅基 MOSFET 相比，其尺寸可大幅減小至原來的1/10，導(dǎo)通電阻可至少降低至原來的 1/100。

從汽車設(shè)計(jì)的角度，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中可以簡化散熱系統(tǒng)，降低熱預(yù)算，同時(shí)減小電容電感體積，從而降低系統(tǒng)綜合成本。那同樣地，從系統(tǒng)的角度看，在電動(dòng)汽車中采用SiC器件，續(xù)航里程相比采用硅基功率器件的車型提升5%-10%，相同的續(xù)航里程可以減少電池容量，即降低整車成本。

三款逆變器拆解：SiC集成度優(yōu)勢明顯

圖源：Yole GroupYole拆解了三款純電車型的主驅(qū)逆變器，包括特斯拉Model Y的后電機(jī)逆變器、上汽智己LS6的后電機(jī)逆變器，以及小鵬G6的主驅(qū)逆變器。其中特斯拉的220kW和小鵬的190kW逆變器是三合一動(dòng)力系統(tǒng)上的一部分，即將電機(jī)、電機(jī)控制器、減速器集成在一個(gè)模塊中，因此當(dāng)取其中的逆變器部分，也就是電機(jī)控制器的部分時(shí)，那么體積方面和重量方面會(huì)有一些優(yōu)勢，畢竟外殼部分減少了，以及散熱系統(tǒng)等組件也與集成的模塊共用。上汽智己LS6上的250kW逆變器則是采用獨(dú)立的設(shè)計(jì)，在體積和重量上稍有劣勢。

其逆變器由聯(lián)合電子制造，采用了三個(gè)基于IGBT的半橋驅(qū)動(dòng)器，IGBT模塊由賽米控丹佛斯提供。在重量方面，受到外殼和散熱組件等影響，聯(lián)電的這款逆變器重量達(dá)到8.38kg，功率密度為38.5cm³/kW、33.5g/kW。特斯拉Model Y的后橋電機(jī)逆變器重量為4.17kg，功率密度為15.2cm³/kW、19g/kW。在體積方面，該逆變器采用了比較獨(dú)特分立設(shè)計(jì)，內(nèi)部集成了24個(gè)來自ST的獨(dú)立的SiC MOSFET，采用了特殊的TPAK封裝。這種設(shè)計(jì)對(duì)于模塊的制造來說提高了難度，不過另一方面也帶來了成本和靈活性的優(yōu)勢。

小鵬G6則使用了英飛凌的SiC功率模塊，逆變器由匯川技術(shù)制造，重量僅為3.22kg，功率密度為17.5cm³/kW，體積密度上略高于特斯拉；重量方面則比較有優(yōu)勢，為16.9g/kW，相比特斯拉每千瓦的重量更低。在成本分析中，使用IGBT的逆變器與使用SiC的逆變器差別比較大。

根據(jù)Yole的數(shù)據(jù)，在智己LS6的后橋逆變器上，電源模塊，即IGBT的功率器件部分成本在整個(gè)逆變器中占比僅為59%。另一邊采用SiC的特斯拉和小鵬，SiC部分占到逆變器成本分別達(dá)到70%和75%。這組數(shù)據(jù)也顯示出SiC對(duì)于逆變器成本造成的影響，但從功率器件的價(jià)格上就要相比硅基的產(chǎn)品高出不少。

盡管SiC在逆變器上的應(yīng)用會(huì)帶來成本的增加，不過從近年SiC MOSFET的市場價(jià)格變動(dòng)來看，隨著產(chǎn)能的釋放，SiC成本正在逐步縮小與硅功率器件的差距，尤其是在大功率應(yīng)用中。加上在系統(tǒng)上帶來的節(jié)能、高集成度、低成本等優(yōu)勢，也就促使了各大新能源車企加速導(dǎo)入SiC器件。