مزایای SiC در صنعت EV

به عنوان یک ماده نیمه هادی با شکاف گسترده (WBG)،SiC'اختلاف انرژی بیشتر به آن خواص حرارتی و الکترونیکی بالاتری نسبت به Si سنتی می دهد. این ویژگی دستگاه های برق را قادر می سازد تا در دماها، فرکانس ها و ولتاژهای بالاتر کار کنند.

SiCبهره وری انرژی در کاربردهای خودروهای الکتریکی و سایر محصولات الکترونیکی و الکتریکی تا حد زیادی به دلیل خود مواد است. در مقایسه با Si، SiC دارای ویژگی های زیر است:

1. 10 برابر قدرت میدان شکست دی الکتریک.

2. 2 برابر سرعت اشباع الکترون.

3. 3 برابر شکاف باند انرژی;

4. هدایت حرارتی 3 برابر بالاتر.

به طور خلاصه، با افزایش ولتاژ عملیاتی، مزایای استفاده ازSiCآشکارتر شود. در مقایسه با Si، سوئیچ های 1200 ولت SiC از سوئیچ های 600 ولت سود بیشتری دارند. این ویژگی منجر به کاربرد گسترده دستگاه های سوئیچینگ برق SiC شده است، در نتیجه راندمان وسایل نقلیه الکتریکی، تجهیزات شارژ و زیرساخت انرژی آنها را به طور قابل توجهی بهبود می بخشد، و SiC را به اولین انتخاب برای تولید کنندگان خودرو و تامین کنندگان سطح اول تبدیل می کند.

اما در محیط های کم ولتاژ 300 ولت و کمتر،SiCمزایای نسبتا کوچک است. در این مورد، نیمه هادی با شکاف گسترده دیگر، نیترید گالیوم (GaN)، ممکن است پتانسیل کاربرد بیشتری داشته باشد.

محدوده و کارایی

یک تفاوت کلیدی ازSiCدر مقایسه با Si، راندمان سطح سیستم بالاتر آن است که به دلیل چگالی توان بیشتر SiC، تلفات توان کمتر، فرکانس کاری بالاتر و دمای عملیاتی بالاتر است. این به معنای برد رانندگی بالاتر با یک بار شارژ، اندازه باتری کوچکتر و زمان شارژ سریعتر شارژر داخلی (OBC) است.

در دنیای خودروهای الکتریکی، یکی از بزرگترین فرصت ها در اینورترهای کششی برای پیشرانه های الکتریکی است که جایگزین موتورهای بنزینی هستند. هنگامی که جریان مستقیم (DC) به اینورتر می ریزد، جریان متناوب تبدیل شده (AC) به کارکرد موتور کمک می کند و چرخ ها و سایر اجزای الکترونیکی را تامین می کند. جایگزینی فناوری سوئیچ Si موجود با پیشرفتهتراشه های SiCتلفات انرژی در اینورتر را کاهش می دهد و وسایل نقلیه را قادر می سازد تا برد بیشتری را ارائه دهند.

بنابراین، زمانی که ویژگی‌هایی مانند فاکتور شکل، اندازه اینورتر یا ماژول DC-DC، کارایی و قابلیت اطمینان به ملاحظات کلیدی تبدیل شوند، ماسفت SiC به یک عامل تجاری قانع‌کننده تبدیل می‌شود. مهندسان طراح اکنون راه‌حل‌های قدرت کوچک‌تر، سبک‌تر و کم‌مصرف‌تر برای انواع کاربردهای نهایی دارند. به عنوان مثال تسلا را در نظر بگیرید. در حالی که نسل‌های قبلی خودروهای برقی این شرکت از Si IGBT استفاده می‌کردند، افزایش بازار سدان‌های استاندارد باعث شد تا SiC MOSFET را در مدل 3 که برای اولین بار در صنعت به کار می‌رفت، استفاده کنند.

قدرت عامل کلیدی است

SiCخواص مواد آن را به اولین انتخاب برای کاربردهای پرقدرت با دماهای بالا، جریان های بالا و هدایت حرارتی بالا تبدیل می کند. از آنجایی که دستگاه‌های SiC می‌توانند با چگالی توان بالاتر کار کنند، می‌توانند فاکتورهای شکل کوچک‌تری را برای سیستم‌های الکترونیکی و الکتریکی خودروهای الکتریکی فعال کنند. به گفته گلدمن ساکس، راندمان فوق العاده SiC می تواند هزینه های ساخت و مالکیت خودروهای الکتریکی را نزدیک به 2000 دلار برای هر خودرو کاهش دهد.

با توجه به اینکه ظرفیت باتری در برخی از خودروهای الکتریکی در حال حاضر به نزدیک به 100 کیلووات ساعت رسیده است، و برنامه‌هایی برای افزایش مداوم آن برای دستیابی به بردهای بالاتر، انتظار می‌رود نسل‌های آینده به شدت به SiC برای کارایی و توانایی بیشتر آن برای کنترل توان بالاتر تکیه کنند. از سوی دیگر، برای وسایل نقلیه کم مصرف مانند خودروهای برقی سطح ورودی دو در، PHEV یا وسایل نقلیه الکتریکی سبک با استفاده از باتری‌های 20 کیلووات ساعت یا کوچکتر، Si IGBT راه حل اقتصادی‌تری است.

برای به حداقل رساندن تلفات برق و انتشار کربن در محیط های کاری با ولتاژ بالا، صنعت به طور فزاینده ای استفاده از SiC را نسبت به مواد دیگر ترجیح می دهد. در واقع، بسیاری از کاربران وسایل نقلیه الکتریکی راه‌حل‌های اصلی Si خود را با سوئیچ‌های SiC جدید جایگزین کرده‌اند که مزیت‌های آشکار فناوری SiC را در سطح سیستم تأیید می‌کند.