用 Coherent 碳化硅制造的電力電子器件將會(huì)延長電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程、縮短充電時(shí)間并降低成本，幫助重振電動(dòng)車市場。

電動(dòng)車銷量陷入停滯，主要是因?yàn)殡妱?dòng)車充電時(shí)間長，且購買價(jià)格高于傳統(tǒng)的燃油車，導(dǎo)致消費(fèi)者對(duì)電動(dòng)車產(chǎn)生了抵觸情緒。為了解決這些挑戰(zhàn)，電動(dòng)車制造商開始改為使用800 V系統(tǒng)，因?yàn)檫@種系統(tǒng)具有幾個(gè)額外優(yōu)勢。

然而，過渡到800 V系統(tǒng)不僅需要更高電壓的電池; 事實(shí)上，800 V 系統(tǒng)對(duì)電力電子器件的要求與目前的系統(tǒng)大不相同。因此，由于碳化硅 （SiC） 繞過了傳統(tǒng)技術(shù)面臨的障礙，因此該材料成為了高壓電力電子器件的半導(dǎo)體材料首選，取代了原有的硅材料。 我們來了解一下其中的原因和原理。

更高的電壓，更好的性能

為了提高電動(dòng)車的能效及其對(duì)消費(fèi)者的吸引力，汽車制造商聚焦 800 V 電氣系統(tǒng)。 這種電壓的提高不僅僅是技術(shù)的升級(jí)，更是一種變革性的電動(dòng)車供電方法，大大優(yōu)于當(dāng)今主要使用的 400 V 系統(tǒng)。

800 V 技術(shù)的一大優(yōu)勢是可顯著縮短充電時(shí)間。 這是因?yàn)殡S著電壓增加，電力可更快注入汽車電池內(nèi)。 這種功能不僅帶來了便利，而且是一次非常重要的進(jìn)步，使得電動(dòng)車對(duì)普通消費(fèi)者來說更加實(shí)用。

此外，800 V 系統(tǒng)可提高電動(dòng)車的整體能效。根據(jù)功率、電流和電阻這三者之間的關(guān)系（功率 = 電流 × 電壓，或者，功率 = 電流² × 電阻），通過提高電壓和降低電流，可減少功率傳輸過程中以熱量形式損耗的能量。

通過降低電流，還可以使用更輕的汽車線束，這對(duì)于降低制造成本和減輕車重量有著重大影響。而減輕車重量又會(huì)延長續(xù)航里程。上述種種好處只是保時(shí)捷、奧迪、捷尼賽思、現(xiàn)代、起亞等眾多車制造商紛紛開始打造 800 V 電池組車的原因之一。

充分利用800 V技術(shù)

要在電動(dòng)車中充分發(fā)揮 800 V 架構(gòu)的優(yōu)勢，需要一項(xiàng)關(guān)鍵創(chuàng)新。具體來說，必須升級(jí)電力電子器件，使其可在更高的電壓下以最佳狀態(tài)工作。

電力電子器件是指用于控制和轉(zhuǎn)換電力的系統(tǒng)。電動(dòng)車的傳動(dòng)系統(tǒng)使用高電壓。 通常，總線電壓與電池電壓相同——這里是指 800 V。

牽引逆變器（用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)和車輪）是高功率元件，功率高達(dá)數(shù)百千瓦。這些逆變器需要能夠傳輸大電流且耐受高電壓的高效開關(guān)。 對(duì)于 800 V 系統(tǒng)，電壓高達(dá)將近 2 kV。

電動(dòng)車動(dòng)力總成的主要元件。

在過去，這些功率開關(guān)通常是用硅制造的絕緣柵雙極晶體管 （IGBT）。然而，硅材質(zhì) IGBT 在高開關(guān)頻率下的性能并不佳，會(huì)出現(xiàn)效率損失，且無法在高于 1500 V 的電壓下運(yùn)行。

碳化硅 （SiC） 是一種寬帶隙半導(dǎo)體，能夠解決這一難題。碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場效晶體管 （MOSFET） 的特性優(yōu)于硅基元件，例如，更高的溫度耐受性、更快的開關(guān)速度和更高的效率。對(duì)于 800 V 電動(dòng)車系統(tǒng)的更高電壓需求，這種晶體管是近乎理想的選擇。

使用碳化硅基材料的800 V功率模塊熱管理

除了用作高功率開關(guān)，碳化硅還可直接解決電動(dòng)車面臨的另一個(gè)最大挑戰(zhàn)，那就是熱管理。制成反應(yīng)燒結(jié)硅/碳化硅復(fù)合材料的碳化硅可作為高耐熱半導(dǎo)體。這使碳化硅可以有效地排出這些功率開關(guān)所在的功率模塊中的熱。此外，碳化硅具有出色的熱膨脹特性，能夠在高溫、高強(qiáng)度和高強(qiáng)度重量比的情況下工作，因此是功率模塊基板材料的理想選擇。

總而言之，碳化硅元件（作為半導(dǎo)體功率開關(guān)和用于熱管理的復(fù)合材料）能夠高效地處理更高的電壓和電流，而且產(chǎn)生的熱量較少，因此是為 800 V 賦予的強(qiáng)大力量。所有這些元件共同起作用，可減少對(duì)笨重的大型冷卻系統(tǒng)的需求，從而進(jìn)一步減輕車重量并降低復(fù)雜性。Coherent 通過自身全面的 SiC 晶圓和外延片大量生產(chǎn)能力、碳化硅基器件長期制造計(jì)劃以及用于熱管理解決方案的高容量沉積工藝來支援這種技術(shù)轉(zhuǎn)變。

除了電動(dòng)車動(dòng)力總成元件，Coherent 還參與尖端車技術(shù)的幾個(gè)其他方面。詳細(xì)了解我們?nèi)绾螏椭倪M(jìn)艙內(nèi)感測、熱管理和車?yán)咨淅走_(dá)。