Vantaggi del SiC nel settore dei veicoli elettrici

Come materiale semiconduttore a banda larga (WBG),SiC'La più ampia differenza energetica del Si conferisce proprietà termiche ed elettroniche più elevate rispetto al Si tradizionale. Questa funzionalità consente ai dispositivi di potenza di funzionare a temperature, frequenze e tensioni più elevate.

SiCL'efficienza energetica di nelle applicazioni per veicoli elettrici e altri prodotti elettronici ed elettrici è in gran parte dovuta al materiale stesso. Rispetto al Si, il SiC presenta le seguenti caratteristiche:

1. 10 volte l'intensità del campo di rottura dielettrica;

2. 2 volte la velocità di saturazione degli elettroni;

3. 3 volte il gap della banda energetica;

4. Conduttività termica 3 volte superiore;

In breve, all'aumentare della tensione operativa, i vantaggi diSiCdiventare più evidente. Rispetto al Si, gli interruttori SiC da 1200 V sono più vantaggiosi degli interruttori da 600 V. Questa caratteristica ha portato all’applicazione diffusa dei dispositivi di commutazione di potenza SiC, migliorando così in modo significativo l’efficienza dei veicoli elettrici, delle loro apparecchiature di ricarica e delle infrastrutture energetiche, rendendo il SiC la prima scelta per le case automobilistiche e i fornitori di primo livello.

Ma in ambienti a bassa tensione pari o inferiori a 300 V,SiCI vantaggi sono relativamente piccoli. In questo caso, un altro semiconduttore ad ampio gap di banda, il nitruro di gallio (GaN), potrebbe avere un potenziale di applicazione maggiore.

Gamma ed efficienza

Una differenza fondamentale diSiCrispetto al Si c'è la sua maggiore efficienza a livello di sistema, dovuta alla maggiore densità di potenza del SiC, alle minori perdite di potenza, alla frequenza operativa più elevata e alla temperatura operativa più elevata. Ciò significa maggiore autonomia di guida con una singola carica, batterie di dimensioni più piccole e tempi di ricarica del caricatore di bordo (OBC) più rapidi.

Nel mondo dei veicoli elettrici, una delle maggiori opportunità risiede negli inverter di trazione per trasmissioni elettriche alternative ai motori a benzina. Quando la corrente continua (CC) fluisce nell'inverter, la corrente alternata (CA) convertita aiuta il motore a funzionare, alimentando le ruote e altri componenti elettronici. Sostituzione della tecnologia Si Switch esistente con quella avanzataChip SiCriduce le perdite di energia nell'inverter e consente ai veicoli di fornire un'autonomia aggiuntiva.

Pertanto, i MOSFET SiC diventano un fattore commerciale interessante quando caratteristiche come il fattore di forma, le dimensioni dell'inverter o del modulo DC-DC, l'efficienza e l'affidabilità diventano considerazioni chiave. I progettisti dispongono ora di soluzioni di alimentazione più piccole, più leggere e più efficienti dal punto di vista energetico per una varietà di applicazioni finali. Prendi Tesla ad esempio. Mentre le precedenti generazioni di veicoli elettrici dell'azienda utilizzavano Si IGBT, l'ascesa del mercato delle berline standard li ha spinti ad adottare il MOSFET SiC nel Modello 3, una novità assoluta nel settore.

Il potere è il fattore chiave

SiCLe proprietà del materiale lo rendono la prima scelta per applicazioni ad alta potenza con alte temperature, correnti elevate ed elevata conduttività termica. Poiché i dispositivi SiC possono funzionare a densità di potenza più elevate, possono consentire fattori di forma più piccoli per i sistemi elettrici ed elettronici dei veicoli elettrici. Secondo Goldman Sachs, la straordinaria efficienza del SiC può ridurre i costi di produzione e di proprietà dei veicoli elettrici di quasi 2.000 dollari per veicolo.

Con la capacità della batteria che già raggiunge quasi 100 kWh in alcuni veicoli elettrici e i piani per continui aumenti per raggiungere autonomie più elevate, si prevede che le generazioni future faranno molto affidamento sul SiC per la sua maggiore efficienza e capacità di gestire una potenza maggiore. D'altra parte, per i veicoli a potenza inferiore come i veicoli elettrici entry-level a due porte, PHEV o veicoli elettrici leggeri che utilizzano batterie da 20 kWh o dimensioni inferiori, gli IGBT Si rappresentano una soluzione più economica.

Per ridurre al minimo le perdite di potenza e le emissioni di carbonio negli ambienti operativi ad alta tensione, l’industria sta favorendo sempre più l’uso del SiC rispetto ad altri materiali. Infatti, molti utenti di veicoli elettrici hanno sostituito le loro soluzioni SiC originali con nuovi interruttori SiC, il che conferma ulteriormente gli evidenti vantaggi della tecnologia SiC a livello di sistema.