EV endüstrisinde SiC'nin avantajları

Geniş bant aralıklı (WBG) bir yarı iletken malzeme olarak,SiC'Daha geniş enerji farkı, geleneksel Si'ye kıyasla ona daha yüksek termal ve elektronik özellikler kazandırır. Bu özellik, güç cihazlarının daha yüksek sıcaklık, frekans ve voltajlarda çalışmasını sağlar.

SiCElektrikli araç uygulamalarında ve diğer elektronik ve elektrikli ürünlerde enerji verimliliği büyük ölçüde malzemenin kendisinden kaynaklanmaktadır. Si ile karşılaştırıldığında SiC aşağıdaki özelliklere sahiptir:

1. Dielektrik arıza alan kuvvetinin 10 katı;

2. Elektron doyma hızının 2 katı;

3. Enerji bandı aralığının 3 katı;

4. 3 kat daha yüksek termal iletkenlik;

Kısaca çalışma voltajı arttıkça avantajları ortaya çıkar.SiCdaha belirgin hale gelir. Si ile karşılaştırıldığında 1200V SiC anahtarlar 600V anahtarlara göre daha avantajlıdır. Bu özellik, SiC güç anahtarlama cihazlarının yaygın şekilde uygulanmasına yol açarak elektrikli araçların, şarj ekipmanlarının ve enerji altyapısının verimliliğini önemli ölçüde artırarak SiC'yi otomobil üreticileri ve birinci kademe tedarikçiler için ilk tercih haline getirdi.

Ancak 300V ve altındaki düşük voltajlı ortamlarda,SiCAvantajları nispeten küçüktür. Bu durumda başka bir geniş bant aralıklı yarı iletken olan Galyum Nitrür (GaN) daha büyük uygulama potansiyeline sahip olabilir.

Menzil ve verimlilik

Önemli bir farkSiCSi ile karşılaştırıldığında, SiC'nin daha yüksek güç yoğunluğu, daha düşük güç kayıpları, daha yüksek çalışma frekansı ve daha yüksek çalışma sıcaklığı nedeniyle sistem düzeyinde verimliliği daha yüksektir. Bu, tek şarjla daha yüksek sürüş menzili, daha küçük pil boyutları ve yerleşik şarj cihazının (OBC) daha hızlı şarj süreleri anlamına gelir.

Elektrikli araç dünyasında en büyük fırsatlardan biri, benzinli motorlara alternatif olan elektrikli aktarma organları için çekiş invertörlerinde yatıyor. Doğru akım (DC) invertöre aktığında, dönüştürülen alternatif akım (AC) motorun çalışmasına yardımcı olarak tekerleklere ve diğer elektronik bileşenlere güç sağlar. Mevcut Si anahtar teknolojisinin gelişmiş ile değiştirilmesiSiC çipleriİnvertördeki enerji kayıplarını azaltır ve araçların ilave menzil sağlamasına olanak tanır.

Bu nedenle, form faktörü, invertörün veya DC-DC modülünün boyutu, verimlilik ve güvenilirlik gibi özellikler temel hususlar haline geldiğinde SiC MOSFET ilgi çekici bir ticari faktör haline gelir. Tasarım mühendisleri artık çeşitli son uygulamalar için daha küçük, daha hafif ve enerji açısından daha verimli güç çözümlerine sahip. Örneğin Tesla'yı ele alalım. Şirketin önceki nesil elektrikli araçlarında Si IGBT kullanılırken, standart sedan pazarının yükselişi, onları sektörde bir ilk olarak Model 3'te SiC MOSFET'i kullanmaya yöneltti.

Güç en önemli faktördür

SiCMalzeme özellikleri, onu yüksek sıcaklık, yüksek akım ve yüksek ısı iletkenliğine sahip yüksek güçlü uygulamalar için ilk tercih haline getiriyor. SiC cihazları daha yüksek güç yoğunluklarında çalışabildiğinden elektrikli araç elektroniği ve elektrik sistemleri için daha küçük form faktörlerine olanak sağlayabilir. Goldman Sachs'a göre SiC'nin olağanüstü verimliliği, elektrikli araçların üretim ve sahip olma maliyetlerini araç başına yaklaşık 2.000 $ azaltabilir.

Bazı elektrikli araçlarda pil kapasitesinin halihazırda neredeyse 100 kWh'ye ulaşması ve daha yüksek menzillere ulaşmak için sürekli artış planlarının olması nedeniyle, gelecek nesillerin, ek verimliliği ve daha yüksek gücü idare etme yeteneği nedeniyle büyük ölçüde SiC'ye güvenmesi bekleniyor. Öte yandan iki kapılı giriş seviyesi elektrikli araçlar, PHEV gibi daha düşük güçlü araçlar veya 20kWh veya daha küçük pil boyutları kullanan hafif hizmet tipi elektrikli araçlar için Si IGBT daha ekonomik bir çözümdür.

Yüksek voltajlı çalışma ortamlarında güç kayıplarını ve karbon emisyonlarını en aza indirmek için endüstri, diğer malzemelere kıyasla SiC kullanımını giderek daha fazla tercih ediyor. Aslında birçok elektrikli araç kullanıcısı, orijinal Si çözümlerini yeni SiC anahtarlarıyla değiştirdi; bu da SiC teknolojisinin sistem düzeyinde bariz avantajlarını daha da doğruluyor.