?汽車動(dòng)力總成系統(tǒng)如何提升駕駛體驗(yàn)？牽引逆變器從IGBT向碳化硅轉(zhuǎn)變
電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）就像許多手機(jī)用戶會(huì)有續(xù)航焦慮癥一樣，在電動(dòng)汽車像智能手機(jī)一樣普及的今天，許多電動(dòng)汽車用戶患上了里程焦慮癥，總是希望電動(dòng)汽車擁有更高的駕駛性能和更長(zhǎng)的續(xù)航里程。
想要延長(zhǎng)車輛的續(xù)航里程，從電池著手自然是其中一種選擇，增加電池尺寸從而增加電池容量以此增強(qiáng)車輛的續(xù)航能力。這種改進(jìn)發(fā)生在電氣層面，在能效沒有顯著提高的情況下，這種改進(jìn)是以車輛成本和重量為代價(jià)的。
牽引逆變器，電動(dòng)汽車動(dòng)力總成系統(tǒng)中的關(guān)鍵
電動(dòng)汽車在電池系統(tǒng)上的創(chuàng)新我們已經(jīng)見過很多了，作為和駕駛體驗(yàn)以及里程續(xù)航同樣息息相關(guān)的牽引電機(jī)層面反而提起的次數(shù)并不如電池那么多。車載逆變器將來自車載高壓電池的直流電轉(zhuǎn)換為交流電提供控制扭矩和速度的動(dòng)力以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的主電機(jī)，可以說其對(duì)電動(dòng)汽車的續(xù)航里程、性能和駕駛體驗(yàn)的影響最大?；旌蟿?dòng)力汽車和電動(dòng)汽車的牽引式逆變器的設(shè)計(jì)，可以在保持功率密度的同時(shí)，提高電機(jī)速，達(dá)到更高的效率和更小的系統(tǒng)尺寸，讓電動(dòng)汽車具有更長(zhǎng)的續(xù)航里程以及更好性能的駕駛體驗(yàn)。 在電動(dòng)汽車的動(dòng)力總成系統(tǒng)中，由于電池提供的是DC直流電，而牽引電機(jī)只接收AC交流電，牽引AC/DC逆變器的效率就成為了提高動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)能源效率的關(guān)鍵，能效的提高可以減少千瓦損耗，從而使車輛有更多可利用的能量保證續(xù)航。 現(xiàn)階段大部分車型上在主驅(qū)逆變器的元器件上采用的都是基于硅基IGBT功率模塊，在目前的400V架構(gòu)下，牽引逆變器硅基IGBT功率模塊的最大承壓為650V。為了在不影響功率水平的情況下延長(zhǎng)駕駛里程，減少電機(jī)的尺寸和重量，牽引電機(jī)需要能夠以更高的速度運(yùn)行（>30,000 rpm）。這意味著需要快速的傳感和處理，以及有效的直流到交流電壓的轉(zhuǎn)換。為了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，牽引逆變器的設(shè)計(jì)開始使用先更先進(jìn)的控制算法、在功率級(jí)的開關(guān)晶體管上使用碳化硅MOSFET并使用高壓800V電池集成多個(gè)子系統(tǒng)以獲得高功率密度。牽引逆變器高壓功率開關(guān)從IGBT向碳化硅的轉(zhuǎn)變推動(dòng)電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)更高的性能，牽引逆變器高壓功率開關(guān)從IGBT向碳化硅的轉(zhuǎn)變絕對(duì)是最大且最重要的轉(zhuǎn)變，相較于400V系統(tǒng)，800V的電機(jī)能以每分鐘兩倍的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。碳化硅比IGBT更高效，進(jìn)一步提高電池包儲(chǔ)存能量的利用率，此外，碳化硅比IGBT更小，運(yùn)行溫度更低，進(jìn)一步減輕了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的重量、縮小了機(jī)械尺寸還能減少能源損耗。 具體來看，由MCU和電流感應(yīng)回路產(chǎn)生的控制信號(hào)被饋送到功率級(jí)，這是電池和電機(jī)之間的連接。功率級(jí)包括一個(gè)高壓直流母線，由一個(gè)大的電容器組綁定到三個(gè)相的功率晶體管（IGBT或碳化硅MOSFET）。當(dāng)將直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電時(shí)，功率級(jí)的功率損耗要保證足夠小來提升汽車的電機(jī)控制性能，而且功率級(jí)更小的尺寸也便于有效地使用電池，從而增加車輛的行駛范圍。提高大功率電子系統(tǒng)的功率密度后更小的電路板能輸出更大的能量，從而減小功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、電機(jī)和牽引逆變器的尺寸。 800V高壓架構(gòu)作為下一代電動(dòng)車主流平臺(tái)，以低成本和高效率系統(tǒng)獲得眾多汽車集團(tuán)和品牌的青睞，海外現(xiàn)代起亞、大眾集團(tuán)、奔馳、寶馬等，國(guó)內(nèi)比亞迪、吉利、極狐、現(xiàn)代、廣汽、小鵬等均重點(diǎn)布局800V高壓平臺(tái)。半導(dǎo)體廠商在牽引逆變器的碳化硅應(yīng)用里也在不斷創(chuàng)新。 英飛凌就推出了針對(duì)電動(dòng)汽車牽引逆變器應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化后的汽車級(jí)碳化硅功率模塊HybridPACK Drive CoolSiC，一款具有1200 V阻斷電壓、且適用于電動(dòng)汽車牽引逆變器的全橋模塊。該功率模塊采用車規(guī)級(jí)CoolSiC溝槽柵MOSFET技術(shù)，特別適用于800 V電池系統(tǒng)及更高電池容量的電動(dòng)汽車。與英飛凌前一代采用硅基EDT2技術(shù)的HybridPACK Drive相比，CoolSiC系列的碳化硅溝槽柵MOSFET技術(shù)與平面結(jié)構(gòu)技術(shù)相比，溝槽柵結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)更高的單元密度。采用HybridPACK Drive CoolSiC的牽引逆變器能夠在1200 V等級(jí)下實(shí)現(xiàn)高達(dá)250 kW的功率。根據(jù)現(xiàn)代汽車電氣化開發(fā)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人的說法，通過使用基于英飛凌 CoolSiC功率模塊的牽引逆變器，車輛的行駛里程增加5%以上。 ROHM的第4代碳化硅MOSFET在主機(jī)逆變器的應(yīng)用也不少，其低導(dǎo)通電阻與短路耐受時(shí)間一直是業(yè)界領(lǐng)先的。ROHM的第4代碳化硅進(jìn)一步強(qiáng)化了第3代中的確立的溝槽柵結(jié)構(gòu)，導(dǎo)通電阻繼續(xù)降低約40%，開關(guān)損耗繼續(xù)降低約50%，這些特性明顯延長(zhǎng)了電動(dòng)汽車的行駛距離和小型化電池。根據(jù)ROHM發(fā)布的第4代碳化硅應(yīng)用優(yōu)勢(shì)白皮書，將碳化硅應(yīng)用在牽引逆變器上時(shí)，WLTC燃效測(cè)試顯示燃效可以改善最多10%，尤其是在頻繁出現(xiàn)高扭矩、低轉(zhuǎn)速的區(qū)域。 根據(jù)ST的報(bào)告，2020年新的功率技術(shù)在動(dòng)力總成系統(tǒng)中占市場(chǎng)的40%，到2025年就會(huì)超過50%，其中碳化硅在其中的比重更是高達(dá)這50%的1/4。ST本身也在碳化硅應(yīng)用領(lǐng)域布局已久。ST自有的碳化硅技術(shù)和產(chǎn)品現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到了第三代，也就是第三代超高速系列，在前兩代的基礎(chǔ)之上優(yōu)化了Ron和Qg兩個(gè)參數(shù)，更加適合高頻應(yīng)用。其自家方案，碳化硅逆變器（210KW牽引逆變器，1200VSiC MOSFET）相比IGBT逆變器，碳化硅牽引逆變器在95%的工況里都能保持98%以上的能效，而IGBT逆變器僅在90%左右。 隨著碳化硅器件與技術(shù)的滲透，以及全球幾大主要的電動(dòng)汽車市場(chǎng)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)中擁有更高效率逆變器的需求，碳化硅牽引逆變器領(lǐng)域增長(zhǎng)空間巨大。
牽引逆變器轉(zhuǎn)向碳化硅的挑戰(zhàn)牽引逆變器轉(zhuǎn)向碳化硅無疑可以推動(dòng)電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)更高的性能，但是向碳化硅的轉(zhuǎn)變也會(huì)帶來新的挑戰(zhàn)。與IGBT相比，碳化硅更容易因短路而損壞，碳化硅高開關(guān)速度產(chǎn)生的更高的系統(tǒng)電噪聲也是汽車復(fù)雜電子環(huán)境里不小的風(fēng)險(xiǎn)。 因此電動(dòng)汽車的牽引逆變器在轉(zhuǎn)向碳化硅的同時(shí)需要更合適的柵極驅(qū)動(dòng)技術(shù)來配合。針對(duì)碳化硅，柵極驅(qū)動(dòng)必須盡可能降低包括開啟和關(guān)斷能量在內(nèi)的導(dǎo)通和關(guān)斷損耗。利用柵電阻控制柵驅(qū)動(dòng)器的輸出源和匯電流有助于優(yōu)化dv/dt和功率損耗。柵極驅(qū)動(dòng)必須以大電流驅(qū)動(dòng)MOSFET柵極，從而增加或去除柵極電荷，進(jìn)而減少功率損耗，在牽引逆變器轉(zhuǎn)向碳化硅的過程中，很需要大電流柵極驅(qū)動(dòng)的配合。 隔離也是解決高水平噪聲的必備的，汽車動(dòng)力系統(tǒng)高水平的噪聲和振動(dòng)需要隔離柵極驅(qū)動(dòng)具有非常好的CMTI性能。通過消除脈沖轉(zhuǎn)換器或外部分立隔離器，隔離驅(qū)動(dòng)還能夠減少PCB空間、進(jìn)一步減輕車輛重量并節(jié)省成本。
寫在最后對(duì)電動(dòng)汽車動(dòng)力總成系統(tǒng)來說，牽引逆變器的進(jìn)步正在進(jìn)一步推動(dòng)電動(dòng)汽車性能的升級(jí)。碳化硅牽引逆變器更高的開關(guān)頻率直接優(yōu)化了性能、重量和功率密度，也為采用更輕、更快的電機(jī)鋪平了道路。
?
- 中國(guó)汽車出口暴增 已占俄羅斯三分之一市場(chǎng)
- 全球PC出貨量歷史性爆降，蘋果卻逆勢(shì)收割？寒氣傳到產(chǎn)業(yè)鏈上游
- 汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)未來發(fā)展趨勢(shì)及關(guān)鍵技術(shù)分析
- NASA新電池能量密度達(dá)500Wh/kg，固態(tài)電池將成主流？
- 俄羅斯芯片采購清單曝光，進(jìn)口或?qū)⒗щy重重！
原文標(biāo)題：?汽車動(dòng)力總成系統(tǒng)如何提升駕駛體驗(yàn)？牽引逆變器從IGBT向碳化硅轉(zhuǎn)變
文章出處：【微信公眾號(hào)：電子發(fā)燒友網(wǎng)】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。
聲明：本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點(diǎn)僅代表作者本人，不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場(chǎng)。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用，如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題，請(qǐng)聯(lián)系本站處理。
舉報(bào)投訴
-
汽車電子
+關(guān)注
關(guān)注
3013文章
7740瀏覽量
164839 -
逆變器
+關(guān)注
關(guān)注
279文章
4606瀏覽量
204608 -
碳化硅
+關(guān)注
關(guān)注
25文章
2633瀏覽量
48524
原文標(biāo)題：?汽車動(dòng)力總成系統(tǒng)如何提升駕駛體驗(yàn)？牽引逆變器從IGBT向碳化硅轉(zhuǎn)變
文章出處：【微信號(hào)：elecfans，微信公眾號(hào)：電子發(fā)燒友網(wǎng)】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。
發(fā)布評(píng)論請(qǐng)先 登錄
相關(guān)推薦
在電動(dòng)汽車牽引變頻器應(yīng)用中，磁傳感器TLE5309D能否取代旋轉(zhuǎn)變壓器？
我的客戶開發(fā)了基于 hybridepack 1200V SiC 板的牽引逆變器。
您有哪些支持需求？
1.在電動(dòng)汽車牽引變頻器應(yīng)用中，磁傳感器 TLE5309D 能否取代旋
發(fā)表于 05-31 08:04
碳化硅器件在車載充電機(jī)（OBC）中的性能優(yōu)勢(shì)
碳化硅作為第三代半導(dǎo)體具有耐高溫、耐高壓、高頻率、抗輻射等優(yōu)異性能采用碳化硅功率器件可使電動(dòng)汽車或混合動(dòng)力汽車功率轉(zhuǎn)化能耗損失降低20%，在
發(fā)表于 04-10 11:41
?503次閱讀
碳化硅壓敏電阻 - 氧化鋅 MOV
碳化硅圓盤壓敏電阻 |碳化硅棒和管壓敏電阻 | MOV / 氧化鋅 （ZnO） 壓敏電阻 |帶引線的碳化硅壓敏電阻 | 硅金屬陶瓷復(fù)合電阻器 |ZnO 塊壓敏電阻 關(guān)于EAK碳化硅壓敏
發(fā)表于 03-08 08:37
碳化硅模塊使用燒結(jié)銀雙面散熱DSC封裝的優(yōu)勢(shì)與實(shí)現(xiàn)方法
碳化硅模塊使用燒結(jié)銀雙面散熱DSC封裝的優(yōu)勢(shì)與實(shí)現(xiàn)方法 新能源車的大多數(shù)最先進(jìn) (SOTA)?電動(dòng)汽車的牽引逆變器體積功率密度范圍從基于 S
全球IGBT/碳化硅模塊生產(chǎn)廠商概覽
在全球范圍內(nèi)，有多家企業(yè)生產(chǎn)IGBT/碳化硅模塊，以下是一些知名的企業(yè)。
碳化硅逆變器是什么 功能介紹
等。這些特性使得碳化硅逆變器在電力電子領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，特別是在新能源、電動(dòng)汽車、軌道交通等領(lǐng)域。碳化硅逆變器的工作原理是利用
碳化硅功率器件簡(jiǎn)介、優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用
碳化硅二極管和碳化硅晶體管。由于其出色的性能，碳化硅功率器件在電動(dòng)汽車、可再生能源系統(tǒng)、智能電網(wǎng)、軌道交通等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
?碳化硅助力實(shí)現(xiàn)PFC技術(shù)的變革
碳化硅（SiC）功率器件已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于服務(wù)器電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)和光伏逆變器等領(lǐng)域。近些年來，汽車行業(yè)向電力驅(qū)動(dòng)的
碳化硅和igbt的區(qū)別
碳化硅和igbt的區(qū)別? 碳化硅（SiC）和絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）都是在電子領(lǐng)域中常見的器件。雖然它們都用于功率電子應(yīng)用，但在結(jié)構(gòu)、材料、性能和應(yīng)用方面存在一些顯著差異。本文將
碳化硅技術(shù)的挑戰(zhàn)與應(yīng)用
碳化硅（SiC）是一種由硅和碳組成的半導(dǎo)體材料，用于制造電動(dòng)汽車（EV）、電源、電機(jī)控制電路和逆變器等高壓應(yīng)用的功率器件。與IGBT和MOSFET等傳統(tǒng)的硅基功率器件相比，SiC具有多
碳化硅市場(chǎng)需求仍在持續(xù)
不過根據(jù)記者的采訪，相關(guān)企業(yè)認(rèn)為市場(chǎng)依然大有可為。華潤(rùn)微表示，看好碳化硅未來市場(chǎng)需求。碳化硅在電動(dòng)車輛和混合動(dòng)力汽車的功率電子系統(tǒng)中起著關(guān)鍵
碳化硅功率器件在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用示例
碳化硅功率器件目前被廣泛用于電源、用于電池充電和牽引驅(qū)動(dòng)的電池電動(dòng)汽車（BEV）電源轉(zhuǎn)換、工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)以及太陽能和風(fēng)力發(fā)電逆變器等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)
碳化硅功率器件的產(chǎn)品定位
碳化硅（SiC）功率器件是由硅和碳制成的半導(dǎo)體，用于制造電動(dòng)汽車、電源、電機(jī)控制電路和逆變器等高壓應(yīng)用的功率器件。
發(fā)表于 10-17 09:43
?249次閱讀
用于電動(dòng)汽車電力電子的碳化硅器件：優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)
隨著對(duì)電動(dòng)汽車（EV）需求的持續(xù)增長(zhǎng)，制造商正在比較兩種半導(dǎo)體技術(shù)，即碳化硅和硅，用于電力電子應(yīng)用。碳化硅（SiC）具有耐高溫、低功耗、剛性，并支持EV電力電子設(shè)備所需的更小、更薄的設(shè)計(jì)。SiC當(dāng)前
工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論