關鍵要點

?使用電機試驗臺的測試結果，按照油耗測試方法WTLC進行了模擬行駛仿真，確認了第4代SiC MOSFET對電耗的改善效果。

?WLTC測試循環的各個速度段的電耗均可得到改善，與使用IGBT時相比，整體電耗改善約6%，市區模式下改善約10%。

?給用戶帶來的效益包括可以降低單位行駛里程的運行成本（電力成本）以及可以使用電池容量更小的電池。

在“EV應用”一文中，我們通過BEV電源架構的組成部分之一“牽引逆變器”，介紹了在其中使用第4代SiC MOSFET的效果。

● 第4代SiC MOSFET的特點

●在降壓型DC-DC轉換器中使用第4代SiC MOSFET的效果

>電路工作原理和損耗分析

>DC-DC轉換器實機驗證

●在EV應用中使用第4代SiC MOSFET的效果

>EV應用

>裝入牽引逆變器實施模擬行駛試驗

> 圖騰柱PFC實機評估

在EV應用中使用第4代SiC MOSFET的效果

裝入牽引逆變器實施模擬行駛試驗

本文將介紹牽引逆變器的基本工作和在EV中的評估系統（電機試驗臺的測試環境）。然后，我們將使用其測試結果，按照乘用車油耗測試方法WTLC實施模擬行駛仿真，并通過示例來了解使用第4代SiC MOSFET改善電耗的效果。

逆變電路的工作

隨著機電一體化（電機、減速器、逆變器）進程加速，降低損耗在實現高電壓、高輸出、小型輕量逆變器中的重要性日益凸顯。這是因為降低損耗與EV的電耗性能是息息相關的。

如圖1所示，為了驅動動力總成系統中的電機，牽引逆變器會將電池中存儲的直流電轉換為三相交流電。逆變器由三個半橋結構（每個半橋是1個橋臂，共3個橋臂）組成。三相交流波形按照與電機轉速同步的頻率信號波（基準正弦波）設置，三角波（調制波）按照決定開關頻率的載波頻率設置。提供給電機的電壓是通過在生成PWM信號的過程中改變三相交流電和三角波的電平來實現的。

圖1. 常見的逆變器電路結構和驅動信號

電機試驗臺的測試環境

表1中列出了電機試驗臺以及供試逆變器中搭載的SiC器件的主要規格。供試逆變器由內置第4代SiC MOSFET裸芯片的二合一功率模塊組成。

表1. 電機實驗臺及供試逆變器主要規格

圖2為電機試驗臺的測試環境，圖3為供試逆變器（DUT Inverter），圖4為控制系統框圖。通過供試逆變器的三相UVW動力線來驅動供試電機。供試電機與負載電機連接，負載電機根據車輛參數計算出的行駛阻力進行負載扭矩控制，可進行目標車輛參數的模擬行駛實驗。

圖2.電機試驗臺的測試環境

圖3. 供試逆變器(DU TInverter)

圖4. 電機試驗臺控制系統框圖

關于行駛阻力，如圖5和公式（1）～（4）所示，考慮到了空氣阻力FAD、滾動阻力FRR、坡道阻力FRG、加速阻力FACC。

圖5.行駛阻力

Cd：空氣阻力系數

A：正面投影面積

ρ：干燥空氣密度

μ：滾動阻力系數

m：車輛重量

Δm：旋轉體的等效慣性質量

α：加速度 v：車速

g：重力加速度

模擬行駛所用的國際標準WLTC模式油耗測試

圖6所示的WLTC（Worldwide harmonized Light duty driving Test Cycle：全球統一輕型車輛測試循環）是乘用車等的尾氣排放量和油耗測試方法（WLTP：Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure）中規定的車輛行駛測試循環。

WLTP是由聯合國歐洲經濟委員會在2014年舉辦的第162屆聯合國世界車輛法規協調論壇（WP29）上被采用為全球統一汽車技術法規（GTR：Global Technical Regulation）的。該循環由低速、中速、高速和超高速（Low、Middle、High、Extra-High）四個部分組成，在日本，檢測供試車輛的尾氣排放量和油耗時不包括超高速（Extra-High）段的測試循環。

圖6. WLTC(世界統一測試循環)概要

使用前述的電機試驗臺，輸入基于WLTC測試循環的模擬行駛測試條件，在逆變器中分別使用了第4代SiC MOSFET和IGBT的兩種情況下，進行了行駛電耗測試。

圖7是針對C級EV的電耗測試結果。結果證明，如果用第4代SiC MOSFET取代傳統的IGBT，可以改善WLTC測試循環各個速度段的電耗。與使用IGBT時相比，整體電耗改善約6%，市區模式下改善約10%。

作為參考，在圖8中提供了逆變器效率MAP圖（在NT曲線基礎上增加了效率信息）。從這里的結果也可以看出，在市區行駛模式中經常出現的高扭矩和低轉速范圍內，效率顯著提升。

圖7. 電耗測試結果

圖8. WLTC 油耗測試中的逆變器效率 MAP 圖

下面我們舉例來說明改善電耗可以給用戶帶來哪些效益。從“可以降低單位行駛里程的運行成本（電力成本）”和“可以使用電池容量更小的電池”兩方面來考慮可能更易于理解。表3是在郊區模式下的推算的效益示例。與使用IGBT時相比，假設電耗改善5.5%，就意味著1萬公里的行駛里程可以節省2,000日元，采用100kWh的電池可以節省5.5萬日元（表2）。

表2. 電耗改善與用戶效益

審核編輯：劉清