Kelebihan SiC dalam industri EV

Sebagai bahan semikonduktor jurang jalur lebar (WBG),SiC'Perbezaan tenaga yang lebih luas memberikan sifat terma dan elektronik yang lebih tinggi berbanding dengan Si tradisional. Ciri ini membolehkan peranti kuasa beroperasi pada suhu, frekuensi dan voltan yang lebih tinggi.

SiCKecekapan tenaga dalam aplikasi kenderaan elektrik dan produk elektronik dan elektrik lain sebahagian besarnya disebabkan oleh bahan itu sendiri. Berbanding dengan Si, SiC mempunyai ciri-ciri berikut:

1. 10 kali ganda kekuatan medan pecahan dielektrik;

2. 2 kali ganda kelajuan tepu elektron;

3. 3 kali jurang jalur tenaga;

4. 3 kali lebih tinggi kekonduksian terma;

Pendek kata, apabila voltan operasi meningkat, kelebihanSiCmenjadi lebih jelas. Berbanding dengan Si, suis SiC 1200V lebih berfaedah daripada suis 600V. Ciri ini telah membawa kepada penggunaan meluas peranti pensuisan kuasa SiC, sekali gus meningkatkan kecekapan kenderaan elektrik, peralatan pengecasan dan infrastruktur tenaga dengan ketara, menjadikan SiC pilihan pertama untuk pengeluar kereta dan pembekal peringkat pertama.

Tetapi dalam persekitaran voltan rendah 300V dan ke bawah,SiCKelebihannya agak kecil. Dalam kes ini, satu lagi semikonduktor celah jalur lebar, Gallium Nitride (GaN), mungkin mempunyai potensi aplikasi yang lebih besar.

Julat dan kecekapan

Perbezaan utama daripadaSiCberbanding dengan Si ialah kecekapan tahap sistemnya yang lebih tinggi, yang disebabkan oleh ketumpatan kuasa SiC yang lebih besar, kehilangan kuasa yang lebih rendah, kekerapan operasi yang lebih tinggi dan suhu operasi yang lebih tinggi. Ini bermakna jarak pemanduan yang lebih tinggi pada satu cas, saiz bateri yang lebih kecil dan masa pengecasan on-board (OBC) yang lebih pantas.

Dalam dunia kenderaan elektrik, salah satu peluang terbesar terletak pada penyongsang daya tarikan untuk pacuan elektrik yang merupakan alternatif kepada enjin petrol. Apabila arus terus (DC) mengalir ke dalam penyongsang, arus ulang alik (AC) yang ditukar membantu motor berjalan, menghidupkan roda dan komponen elektronik lain. Menggantikan teknologi suis Si sedia ada dengan canggihkerepek SiCmengurangkan kehilangan tenaga dalam penyongsang dan membolehkan kenderaan menyediakan julat tambahan.

Oleh itu, SiC MOSFET menjadi faktor komersial yang menarik apabila ciri-ciri seperti faktor bentuk, saiz penyongsang atau modul DC-DC, kecekapan dan kebolehpercayaan menjadi pertimbangan utama. Jurutera reka bentuk kini mempunyai penyelesaian kuasa yang lebih kecil, ringan dan lebih cekap tenaga untuk pelbagai aplikasi akhir. Ambil Tesla sebagai contoh. Walaupun kenderaan elektrik generasi terdahulu syarikat menggunakan Si IGBT, peningkatan pasaran sedan standard mendorong mereka untuk mengguna pakai SiC MOSFET dalam Model 3, industri yang pertama.

Kuasa adalah faktor utama

SiCSifat bahan menjadikannya pilihan pertama untuk aplikasi berkuasa tinggi dengan suhu tinggi, arus tinggi dan kekonduksian terma yang tinggi. Oleh kerana peranti SiC boleh beroperasi pada ketumpatan kuasa yang lebih tinggi, ia boleh mendayakan faktor bentuk yang lebih kecil untuk sistem elektronik dan elektrik kenderaan elektrik. Menurut Goldman Sachs, kecekapan luar biasa SiC boleh mengurangkan kos pembuatan dan pemilikan kenderaan elektrik sebanyak hampir $2,000 setiap kenderaan.

Dengan kapasiti bateri yang sudah mencecah hampir 100kWj dalam sesetengah kenderaan elektrik, dan rancangan untuk peningkatan berterusan untuk mencapai julat yang lebih tinggi, generasi akan datang dijangka sangat bergantung pada SiC untuk kecekapan tambahan dan keupayaan untuk mengendalikan kuasa yang lebih tinggi. Sebaliknya, untuk kenderaan berkuasa rendah seperti kenderaan elektrik tahap permulaan dua pintu, PHEV atau kenderaan elektrik ringan yang menggunakan saiz bateri 20kWj atau lebih kecil, Si IGBT ialah penyelesaian yang lebih menjimatkan.

Untuk meminimumkan kehilangan kuasa dan pelepasan karbon dalam persekitaran operasi voltan tinggi, industri semakin mengutamakan penggunaan SiC berbanding bahan lain. Malah, ramai pengguna kenderaan elektrik telah menggantikan penyelesaian Si asal mereka dengan suis SiC baharu, yang seterusnya mengesahkan kelebihan jelas teknologi SiC di peringkat sistem.