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SiC和硅基IGBT的效率相差了多少?

发布时间:2022-03-18作者来源:萨科微浏览:810

最近功率电子比较热门,我这边把几份材料的一些观点梳理一下。


2022年是中国碳化硅使用的很重要的一个年份,主要是目前800V系统带来了很多变化,具体从各个层面到底有哪些差异,我想根据梳理材料来和大家探讨。


我们首先来说IGBT,其实在电动汽车领域特别要感谢英飞凌,在欧洲汽车企业没进来之前,日产、本田和丰田都是围绕自己的技术开发逆变器,而且把IGBT的冷却和迭代技术作为核心;特斯拉在导入SIC以前,也是使用单管IGBT来做大功率驱动,在英飞凌做了标准封装6in1的IGBT以后,极大降低了逆变器的开发难度。


▲图1.IGBT的几种用法


在面向大功率的逆变器设计中,特斯拉的工程师采用了分立式单管并联、内置单管散热和冷却技术和功率叠层母排技术,使得这玩意功率提高了,但是组装工艺相当复杂。


▲图2.特斯拉单管IGBT的设计


所以在迭代中,特斯拉是第一个在400V的产品里直接迭代成了SiC。按照Cree给出来的数据参考,如下图所示:


功率密度和效率:

▲图3.如果把SiC和IGBT按功率和电流密度来比较


当然从逆变器本身的效能来看,主要根据参数规格来对标:


▲表1.电机、逆变器和整车参数的对比


也就是说400VSiC带来的效能,后续很多的车辆才赶上,类似Lucid Air这种车也能实现较高的Mile/kWh。


▲图4.整车的能效按照时间概览


下图是动态特性,在跑UDDS和HWFET两种不同工况的状态下,逆变器效率的对比,从这里看还是有一个动态的差异,从4%-7%的差别。


备注:这个数据是FEV来做的,使用了抽象化的数据来进行对比。


▲图5.SiC和硅基IGBT的效率差异


也就是说,在仿真层面和实际测试是能对照,确实存在很大的效率差异


▲图6.SiC福特的对比


从这个意义上来说,2%在充电层面,6%在运行层面,两个系统效率差异在8%——这对于同等大电池,特别是100-120kWh的快充电池,按照8%的效能来算,可以加权得到8-10kWh的电池净收益;如果按照0.8元/Wh,对应大概在6400-8000元。


长远来说,不光是成本的收益,大容量电池想要达到高续航和高效能,必然首先需要SiC的支撑。


▲图7.碳化硅的效率差异





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