幾個月前,歐洲的“PCIM Europe 2018”(2018年紐倫堡電力電子系統及元器件展)上面,戴姆勒公司的Alexander Nisch做了講演,內容我根據發表在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,電動汽車的主要驅動力,我個人劃分為電池電芯技術、功率電子技術還有軟件和系統集成技術,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。這種趨勢會持續發展,功率密度有點像摩爾定律了^_^
假定驅動系統的輸出為240 kW,開關頻率為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動能量可以減小數個百分比。
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動能量可以減小7.8%
盡管現在基于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到設計目標。英飛凌在Hybridpack DriveTM封裝平臺上應用SiC ,主要設計目標是:使系統效率提高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
在設計SiC MOSFET芯片和模塊,這個比較復雜,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,產生的相應的不平衡的電流和震蕩
3)熱響應和開關特性
4)仿真和測量特性
成本比較
這里給出了800V SiC和傳統的400V IGBT和使用400V做SiC的成本對比,其實類似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器件會更有成本優勢的結論。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,加上在相同的續航距離內所需電芯的容量減小,逆變器與電芯成本進行綜合考慮的話,系統成本大約可以降低約6%。
直流母線電壓為400 V應用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,系統成本將增加約3%。
小結:這個后續的平臺升級,可能是奔馳EQC的最大依仗,后發先至,隨著時機的成熟,跑步應用800V的SiC系統來降低能耗。
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原文標題:Benz關于SiC驅動逆變器評估
文章出處:【微信號:QCDZSJ,微信公眾號:汽車電子設計】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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