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汽車產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟的重要支柱產(chǎn)業(yè)，在國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。隨著我國經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進程加速推進，今后較長一段時期內(nèi)，汽車的需求量仍將保持增長勢頭。新能源電動汽車、汽車制造商、工業(yè)公司和研究機構(gòu)也將攜手合作，繼續(xù)開發(fā)電動車輛和必要的基礎設施。
近年來，電動汽車的前景有了明顯改善。在過去的幾年中，各種公司已經(jīng)研究和測試了新的驅(qū)動概念，第一批混合動力和電動汽車都已上市，電力電子系統(tǒng)等新組件被集成到汽車中，這在傳統(tǒng)柴油、汽油車輛中不存在的。
新能源汽車包括以下系統(tǒng)：驅(qū)動逆變器以驅(qū)動驅(qū)動電機（高達300kW）、電池充電器（車載充電器）從3.6kW到22kW、感應充電（無線充電）從3.6kW到22kW、?直流/直流轉(zhuǎn)換器（高達5kW），用于空調(diào)、轉(zhuǎn)向支架、水泵等輔助單元的逆變器。對于上述系統(tǒng)，電力電子元器件在確保混合動力和電動汽車的功能方面起著決定性的作用。
汽車原始設備制造商對電力電子系統(tǒng)的要求對此類系統(tǒng)的開發(fā)人員來說是一個巨大的挑戰(zhàn)。特別是空間要求、重量和效率的相互制衡，整個系統(tǒng)的成本和產(chǎn)品設計階段的工作量要保持在較低水平，同時還必須保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定和操作的安全性。
硅是半導體行業(yè)第一代基礎材料，世界上大多數(shù)集成電路元器件都是以硅為襯底制造的。傳統(tǒng)電力電子器件的效率基于硅半導體技術，通常在85%至95%之間變化。這意味著在每次功率轉(zhuǎn)換期間，大約10%的電能會以熱量的形式損失。
但碳化硅(SiC)可以承受高功率密度從而在熱設計中實現(xiàn)設計緊湊的系統(tǒng)。SiC的導熱系數(shù)幾乎是Si半導體器件的三倍，與硅半導體相比，SiC適用于更高的工作溫度。隨著電動汽車、5G等應用的快速發(fā)展，高功率、耐高壓、高頻率器件的需求也在快速增長。新能源汽車行業(yè)正在成為碳化硅大規(guī)模應用的主角。
碳化硅(SiC)材料具有禁帶寬度大(Si的3倍)、熱導率高(Si的33倍或GaAs的10倍)、電子飽和遷移速率高(Si的2.5倍)和擊穿電場高(Si的10倍或GaAs的5倍)等特性。所以碳化硅(SiC)器件在高溫、高壓、高頻、大功率電子器件領域和航天、軍工、核能等極端環(huán)境應用領域有著不可替代的優(yōu)勢。
碳化硅(SiC)半導體具有比Si-IGBT更好的開關性能，因此SiC在高開關頻率下產(chǎn)生的開關損耗較小。與Si-IGBT相比，在高開關頻率下SiC可獲得更大的負載電流。
比較具有高開關頻率應用中的SiC-MOSFET和Si-GIBT，可以說由于Si-IGBT的高開關損耗和由此產(chǎn)生的熱量，必須降低輸出電流。這是不超過最大芯片溫度并確保半導體功能的唯一方法。因此，在高開關頻率下，SiC-MOSFET比Si-IGBT效率更高。
車載充電器當中也有Sic的應用，這是由用于電源轉(zhuǎn)換的不同組件組成的復雜系統(tǒng)，這些系統(tǒng)中集成了的組件包括：半導體（如二極管、MOSFET）、無源元件（如電感器和電容器）和具有相應轉(zhuǎn)換比的變壓器。變壓器以所需的電壓為電池充電，此外也用于在充電過程中對高壓電池進行電耦。
高壓電池的續(xù)航里程是混合動力和電動汽車普及的最大掣肘之一。為了說服最終客戶（即車主）相信電動汽車，許多汽車制造商目前依賴具有快速充電時間的充電系統(tǒng)。這是為了簡化電動汽車的使用。但是快速充電意味著對于技術實施而言，需要在短時間內(nèi)獲得更高的充電性能。由于車內(nèi)的設計空間始終有限，因此電池充電器系統(tǒng)必須具有高功率密度。這是將此類系統(tǒng)集成到車輛中以滿足市場需求的唯一方法。
電力電子元件小型化的選擇之一是電感器和變壓器等無源元件的更緊湊設計。這通常只有在可以控制在同一電路中部署的半導體以高開關頻率時才有可能。對于硅半導體，高開關頻率下的熱負載將限制這種方法。由于其出色的開關特性，SiC-MOSFET非常適合這些情況。
對于采用Si半導體的DC/DC轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，開關頻率限制為25kHz。如果使用SiC-MOSFET，則開關頻率可達160kHz，這導致整個系統(tǒng)的繞組質(zhì)量大幅小型化，可實現(xiàn)高功率密度和顯著的整體重量減輕。
4月12日，極氪第三款新產(chǎn)品SUV極氪X正式上市。該車擁有單電機后驅(qū)版和雙電機四驅(qū)版，因配備了高效率碳化硅電機，綜合效率提升了2%，續(xù)航提升了20km。
4月26日，極氪官微宣布，他們與安森美簽署了長期供應協(xié)議，將進一步深化雙方在碳化硅功率器件領域的合作關系——極氪將采用安森美提供的EliteSiC碳化硅功率器件，以提高旗下產(chǎn)品的能效，從而提升性能，加快充電速度、延長續(xù)航里程。該碳化硅功率器件M3E 1200V EliteSiC MOSFET能夠提供更高的功率和熱能效，從而減小車內(nèi)主驅(qū)逆變器的尺寸與重量，提高續(xù)航里程。
此外，極氪品牌還有2023年極氪001與極氪009兩款SiC車型，其中極氪009搭載了威睿電動的200kW SiC電驅(qū)動總成。這款總成于去年6月正式批產(chǎn)下線，是基于吉利浩瀚架構(gòu)打造的首款SiC電驅(qū)產(chǎn)品，由威睿電動全新自主研發(fā)及生產(chǎn)制造。
在兼顧成本和效率以及平衡市場需求的基礎上，可以預見，碳化硅SiC在新能源汽車中的應用將會被更多的汽車品牌所采納。SiC功率器件將在汽車的制造過程中越來越普及。
編輯：黃飛
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工商網(wǎng)監(jiān)
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