碳化硅技术 真能终结电动车里程焦虑吗

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来源: 爱卡汽车网 作者: 编辑:蒲睿 2022-04-15 09:19:00

内容提要:3月底,蔚来首款轿车ET7终于完成了首批车辆的交付,早在2021年NIO DAY新车首次亮相时,其搭载的新一代高效电驱平台就被当做核心卖点。其中,新平台应用的碳化硅(SiC)技术简直被当做了“电车大力丸”一样的存在。

  3月底,蔚来首款轿车ET7终于完成了首批车辆的交付,早在2021年NIO DAY新车首次亮相时,其搭载的新一代高效电驱平台就被当做核心卖点。其中,新平台应用的碳化硅(SiC)技术简直被当做了“电车大力丸”一样的存在。综合工况效率91.5%、综合续航里程1000km、整车最大功率和扭矩提升超过20%,仿佛只要碳化硅(SiC)傍身,电动车就成了刚吃完菠菜罐头的大力水手POPEYE,瞬间跑得快、续航远,进入全新纪元。

  其中,特斯拉率先于2018年开始在Model 3车型上采用了碳化硅材质的半导体场效电晶体(MOSFET)原件,以降低能耗,成了碳化硅技术的先行者。而2020年7月推出的比亚迪汉EV(参数|询价)通过配备自研的碳化硅电机驱动控制器,达成了3.9S的0-100km/h加速时间和更亮眼的续航里程。

  因此,蔚来在碳化硅应用方面的地位犹如2021赛季的法拉利F1车手查尔斯·勒克莱尔,略有尴尬的屈居第四。

  此外,对于现代、通用集团、奥迪等一众致力于推广800V高压平台的车企而言,研发碳化硅技术在充电设备上的应用几乎是无法替代的必选项。

  因此,令人不明觉厉的碳化硅(SiC)到底是一种怎样的神奇材质呢?

  相比于芯片制造的传统硅基材料,由于碳化硅在高电压、大功率工作环境下性能更加优异,且电流传导效率更高,因此也可以让采用该技术的电动车更节能,并同时拥有更小巧紧凑的动力系统布局。目前看,碳化硅在纯电动车的电机功率控制模块和充电设备中有着广泛的应用场景和发展空间。

  想提升动力、解决里程焦虑?光靠“堆料”可不行!

  为了让电动车同时拥有出色的性能和续航表现,当前大多数车厂的惯用伎俩就是疯狂“堆料”。

  比如通过直接增加电机功率获得优异的加速性能,尽管这样的做法可以在一定程度上提升动力性能,但新问题接踵而至。首当其冲的是大功率电机额外增加的体积对整车底盘布局带来的困难。至于解决里程焦虑,更是”续航不够,电池来凑”。

  今年3月初,特斯拉CEO埃隆·马斯克在社交平台上再度表示了对于以Lucid为首的车企单纯追求续航里程而忽略成本和驾驶质感的不屑。“特斯拉本可以在一年前就推出EPA续航里程达到900km的Model S(参数|询价),但这会使整车的体验变差。”随后他又对自己的观点做出了解释。

  IGBT:电动车发展的瓶颈

  不断“加码”的电池容积和电机功率不仅对车重和操控带来了负面影响,同时也并未达成提升动力和改善续航的初始目的,而是遇到了全新的技术瓶颈。

  其核心原理在于,通过原件内部电容电感的充放电完成直流-交流(AC/DC)或(DC/DC)交流-交流的转换。其在电路中的作用近似于机场、车站等人流密集场所维持秩序的“蛇形围栏”,将“杂乱无章”的电流整理成平滑可控的交流电,再驱动车上的电机等用电器。

  但传统的IGBT部件由硅基材料制成,受限于材质自身的物理性质,在实际应用中有很多不足。

  此外,IGBT在中低功率下发热比较严重,而这意味在最多的城市内低速使用场景下大量电能的流失。根据丰田主要零部件供应商日本电装(DENSO)的实验数据:搭载IGBT的功率控制单元(PCU)在实际工作中转换损失能量高达25%,而在损失的能量中,80%来自半导体部件(既IGBT)。更为严峻的是,IGBT所用的半导体材料很难在高温状态下稳定工作。

  最后,随着电动车动力水平的不断提升,对电机控制器、功率控制单元等部件的功率、工作电流要求越来越高,这就导致搭载IGBT的相关部件体积和重量越来越大。

  而随着800V高压平台的普及,硅基IGBT材料愈发逼近技术极限,已然成了制约电动车发展的技术瓶颈。对此,能适应高温、高频、高压环境下工作的碳化硅,就成了众多车企乃至半导体行业公认的IGBT替代方案。通用汽车集团高级副总裁Shilpan Amin就曾表示:“电动汽车用户普遍更看重长续航里程,因此我们会将碳化硅视为新车电子架构中的重要组成部分。”

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