固態(tài)電池的突破,Benz關(guān)于SiC驅(qū)動逆變器評估

幾個月前，歐洲的“PCIM Europe 2018”（2018年紐倫堡電力電子系統(tǒng)及元器件展）上面，戴姆勒公司的Alexander Nisch做了講演，內(nèi)容我根據(jù)發(fā)表在IEEE會議里面的合集，我摘錄一部分。

備注：400/800V的變革可能比我們想象的更快一些，英飛凌的文件里面說，電動汽車的主要驅(qū)動力，我個人劃分為電池電芯技術(shù)、功率電子技術(shù)還有軟件和系統(tǒng)集成技術(shù)，從2020年開始可能功率電子帶著電動汽車走一段，接下來看固態(tài)電池的突破了

言歸正傳《Effects of a SiC TMOSFET tractions inverters on the electric vehicle drivetrain》摘錄

逆變器的輸出功率密度趨于逐年增加，在保持400 V直流電壓的同時，體積越減小，輸出電流越大，輸出功率密度因此得到改善。

2009年逆變器的體積為4.1 L，單相的最大輸出電流為215 A

2012年，同樣的3L體積下最大輸出電流到了240A

2014年達(dá)到3.8升下325 A

2016年，相同的3.3升體積下電流提高到了300A

輸出功率密度2012年是2009年的1.6倍，2014年是1.75倍，2016年為1.85倍。這種趨勢會持續(xù)發(fā)展，功率密度有點(diǎn)像摩爾定律了^_^

假定驅(qū)動系統(tǒng)的輸出為240 kW，開關(guān)頻率為10 kHz等。與在DC鏈路電壓400V，并使用耐壓750V的Si IGBT的情況相比，相同情況下使用800V，或者1200 V的溝槽型MOSFET SiC的時候，電動車輛所需要的驅(qū)動能量可以減小數(shù)個百分比。

相同情況下使用800V，或者1200 V的溝槽型MOSFET SiC的時候，電動車輛所需要的驅(qū)動能量可以減小7.8%

盡管現(xiàn)在基于SiC的電源模塊的成本較高，但是在電動汽車上需要考慮在各個層面達(dá)到設(shè)計目標(biāo)。英飛凌在Hybridpack DriveTM封裝平臺上應(yīng)用SiC ，主要設(shè)計目標(biāo)是：使系統(tǒng)效率提高3％至5％，評估汽車碳化硅模塊1200V原型（CoolSiCTM）HybridPack DriveTM版本的，3相（每相由8個并聯(lián)的SiC TMOSFET組成）

Power scalability with CoolSiCTM Technology related with progressive power module design

Hybridpack DriveTM a) based 750V IGBT/Diode b) based 1200V CoolSiC

1）壽命

在設(shè)計SiC MOSFET芯片和模塊，這個比較復(fù)雜，芯片層面需要平衡RDSON的柵氧化層（GOX）厚度

備注這個我也不懂了^_^

2）功能性

這里主要評估寄生的電感和電容，產(chǎn)生的相應(yīng)的不平衡的電流和震蕩

3)熱響應(yīng)和開關(guān)特性

4）仿真和測量特性

成本比較

這里給出了800V SiC和傳統(tǒng)的400V IGBT和使用400V做SiC的成本對比，其實(shí)類似Model 3這樣不是telsa能和ST談了一個好的價格，做400V SiC的逆變器是很貴的。

從系統(tǒng)層面上，這里更得出了一個總體采用800V SiC器件會更有成本優(yōu)勢的結(jié)論。SiC MOSFET比Si IGBT昂貴，逆變器的成本需要增加約20％。在整體的效率得到提升，加上在相同的續(xù)航距離內(nèi)所需電芯的容量減小，逆變器與電芯成本進(jìn)行綜合考慮的話，系統(tǒng)成本大約可以降低約6％。

直流母線電壓為400 V應(yīng)用SiC MOSFET時，WLTP模式下的燃料效率改善僅為6.9％。逆變器的成本增加將超過電芯成本降低部分，系統(tǒng)成本將增加約3％。

小結(jié)：這個后續(xù)的平臺升級，可能是奔馳EQC的最大依仗，后發(fā)先至，隨著時機(jī)的成熟，跑步應(yīng)用800V的SiC系統(tǒng)來降低能耗。