SiC和矽基IGBT的效率相差了多少?

最近功率電子比較熱門,我這邊把幾份材料的一些觀點梳理一下。

2022年是中國碳化矽使用的很重要的一個年份,主要是目前800V系統帶來了很多變化

,具體從各個層面到底有哪些差異,我想根據梳理材料來和大家探討。

我們首先來說

IGBT

,其實在電動汽車領域特別要感謝英飛凌,在歐洲汽車企業沒進來之前,日產、本田和豐田都是圍繞自己的技術開發逆變器,而且把IGBT的冷卻和迭代技術作為核心;特斯拉在匯入SIC以前,也是使用單管IGBT來做大功率驅動,在英飛凌做了標準封裝6in1的IGBT以後,極大降低了逆變器的開發難度。

SiC和矽基IGBT的效率相差了多少?

▲圖1。IGBT的幾種用法

在面向大功率的逆變器設計中,特斯拉的工程師採用了分立式單管並聯、內建單管散熱和冷卻技術和功率疊層母排技術,使得這玩意功率提高了,但是組裝工藝相當複雜。

SiC和矽基IGBT的效率相差了多少?

▲圖2。特斯拉單管IGBT的設計

所以在迭代中,

特斯拉是第一個在400V的產品裡直接迭代成了SiC

。按照Cree給出來的資料參考,如下圖所示:

功率密度和效率:

SiC和矽基IGBT的效率相差了多少?

▲圖3。如果把SiC和IGBT按功率和電流密度來比較

當然從逆變器本身的效能來看,主要根據引數規格來對標:

SiC和矽基IGBT的效率相差了多少?

▲表1。電機、逆變器和整車引數的對比

也就是說400VSiC帶來的效能,後續很多的車輛才趕上,類似Lucid Air這種車也能實現較高的Mile/kWh。

SiC和矽基IGBT的效率相差了多少?

▲圖4。整車的能效按照時間概覽

下圖是動態特性,在跑UDDS和HWFET兩種不同工況的狀態下,逆變器效率的對比,從這裡看還是有一個動態的差異,從4%-7%的差別。

備註:這個資料是FEV來做的,使用了抽象化的資料來進行對比。

SiC和矽基IGBT的效率相差了多少?

▲圖5。SiC和矽基IGBT的效率差異

也就是說,

在模擬層面和實際測試是能對照,確實存在很大的效率差異

SiC和矽基IGBT的效率相差了多少?

▲圖6。SiC福特的對比

從這個意義上來說,2%在充電層面,6%在執行層面,兩個系統效率差異在8%——這對於同等大電池,特別是100-120kWh的快充電池,按照8%的效能來算,可以加權得到8-10kWh的電池淨收益;如果按照0。8元/Wh,對應大概在6400-8000元。

長遠來說,不光是成本的收益,大容量電池想要達到高續航和高效能,必然首先需要SiC的支撐。

SiC和矽基IGBT的效率相差了多少?

▲圖7。碳化矽的效率差異

小結:我是覺得碳化矽的效率差異,雖然不大,但是在大容量電池上面有很明顯的提升,接下來我們有空關注下SiC模組的封裝。