碳化硅的应用成为提升电机能效的新方向

2023-04-03 15:45:10来源：汽车测试网

电机是现代工业中广泛应用的关键部件之一，其能效是影响整个电驱系统能耗的重要因素。然而，随着电机能效的不断提升，其进一步提升的难度也在增加。在这种情况下，为了实现更高效的能量利用，需要寻找新的技术手段。碳化硅的应用就是这样一种新的技术手段。

(资料图片仅供参考)

在目前多数日常使用转速区间内，电机的能效都是在90%以上的。并且目前多数新能源车型搭载的电机最佳能效在90%~95%，甚至部分高效电机达到了96%。这表明，在现有技术水平下，电机能效已经相当高了。如果想要在现有基础上继续提升电机能效，付出的成本将是倍数级增加，对于车企和用户都不那么划算。

△ 某电机能效MAP图

因此，提高电机控制单元中的主逆变器能效，成为提升整个电驱系统能效的新方向。主逆变器是电机控制单元中的核心部件，它的能效将直接影响整个电驱系统的能效。目前，主流的逆变器模块采用的是IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）模块。虽然IGBT模块成本较低，但其效率较低，导致整个电驱系统的能效无法达到最优。而采用SiC（碳化硅） MOSFET模块，则可以实现从电池到电机路径，约5%的效率提升，也就是能给整车省去约5%的能耗。

碳化硅SiC MOSFET作为电机控制单元的核心器件，具有许多优点。首先，碳化硅体积较小，有利于封装和集成，可以为电机控制单元的设计提供更多的灵活性。其次，碳化硅开关/导通响应快且损耗更小，能够大大提高电机的效率，从而降低整车的能耗。再次，碳化硅的耐压值高，是硅基的10倍，这意味着可以使用更高的电压，从而提高电机的功率密度，提高整车的行驶里程和性能。此外，碳化硅导热率高，利于散热，可以进一步提高电机的效率和稳定性。碳化硅SiC MOSFET的优点使其成为电机控制单元的理想选择，为电动汽车的发展提供了更加坚实的技术支撑。

△ 碳化硅优势原理解析

使用SiC碳化硅模块的电机控制单元相比IGBT模块方案，能够实现从电池到电机路径约5%的能效提升，从而显著降低整车的能耗。相比于增加5%的续航里程所需要的电池成本和车重增加所带来的负面影响，采用碳化硅模块成为了更为经济实用的选择。特别是在新能源汽车行业，碳化硅器件的应用还有很多潜力可以挖掘，为行业的发展带来了巨大机遇。即使目前碳化硅模块的成本相对于IGBT模块仍较高，但考虑到其在能效方面的显著优势，仍然是最佳的选择。

△ 特斯拉Model3 逆变器采用24颗SiC模块

△ 搭载碳化硅模块的车型

目前，许多新能源汽车采用的是高达800V的电气架构。在这种高压条件下，碳化硅的优势更加突出。与传统的IGBT相比，碳化硅器件在800V电气架构中具有更高的耐压能力和更低的导通损耗，能够更好地满足整个电驱系统的高效能要求。此外，碳化硅器件的应用不仅局限于主逆变器上，还可以应用到高压充电桩、高压电池Pack、OBC充电机、DC-DC转换器等领域。随着新能源汽车市场的迅速发展，碳化硅器件的应用前景非常广阔。因此，碳化硅SiC MOSFET将成为新一代电机控制单元的主流选择，并且将推动整个新能源汽车行业的技术进步和发展。

特别要提到的是，国产品牌比亚迪是全球唯一实现碳化硅器件自研自产的车企。这为国内新能源汽车行业的发展带来了巨大的机遇。随着碳化硅技术的不断成熟，国产碳化硅器件的市场占有率将会越来越高，进一步推动新能源汽车行业的发展。

△ 碳化硅器件在新能源车中的应用

碳化硅技术的发展还将带来更多的好处。例如，碳化硅器件的应用可以提高电机的功率密度，从而减少电机的尺寸和重量，提高汽车的行驶里程。此外，碳化硅器件的应用还可以提高电池的充电速度和效率，从而缩短充电时间，提高用户的充电体验。这些好处将进一步推动新能源汽车行业的发展和普及。

综上所述，碳化硅的应用成为了提高电机能效的新方向。随着碳化硅技术的不断成熟和普及，碳化硅器件的应用将会越来越广泛，给新能源汽车行业带来更多的机遇和好处。作为一种新兴技术，碳化硅技术还存在一些挑战和问题，例如成本高、制造工艺复杂等。但相信随着技术的不断成熟和应用的不断推广，这些问题也会逐渐得到解决。

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