Avantages du SiC dans l'industrie des véhicules électriques

En tant que matériau semi-conducteur à large bande interdite (WBG),SiC'La différence d'énergie plus large lui confère des propriétés thermiques et électroniques plus élevées que celles du Si traditionnel. Cette fonctionnalité permet aux appareils électriques de fonctionner à des températures, fréquences et tensions plus élevées.

SiCL'efficacité énergétique de dans les applications de véhicules électriques et d'autres produits électroniques et électriques est en grande partie due au matériau lui-même. Comparé au Si, le SiC présente les caractéristiques suivantes :

1. 10 fois l'intensité du champ de claquage diélectrique ;

2. 2 fois la vitesse de saturation des électrons ;

3. 3 fois la bande interdite d'énergie ;

4. Conductivité thermique 3 fois plus élevée ;

En bref, à mesure que la tension de fonctionnement augmente, les avantages deSiCdeviennent plus évidents. Par rapport au Si, les commutateurs SiC 1 200 V sont plus avantageux que les commutateurs 600 V. Cette caractéristique a conduit à l'application généralisée des dispositifs de commutation de puissance SiC, améliorant ainsi considérablement l'efficacité des véhicules électriques, de leurs équipements de recharge et de leur infrastructure énergétique, faisant du SiC le premier choix des constructeurs automobiles et des fournisseurs de premier rang.

Mais dans les environnements basse tension de 300 V et moins,SiCLes avantages sont relativement faibles. Dans ce cas, un autre semi-conducteur à large bande interdite, le nitrure de gallium (GaN), pourrait avoir un potentiel d’application plus important.

Portée et efficacité

Une différence clé deSiCpar rapport au Si, son efficacité au niveau du système est supérieure, ce qui est dû à une densité de puissance plus élevée, à des pertes de puissance plus faibles, à une fréquence de fonctionnement plus élevée et à une température de fonctionnement plus élevée. Cela signifie une autonomie plus élevée avec une seule charge, des batteries de plus petite taille et des temps de charge plus rapides du chargeur embarqué (OBC).

Dans le monde des véhicules électriques, l’une des plus grandes opportunités réside dans les onduleurs de traction pour les transmissions électriques, alternatives aux moteurs à essence. Lorsque le courant continu (CC) circule dans l'onduleur, le courant alternatif converti (AC) aide le moteur à fonctionner, alimentant les roues et autres composants électroniques. Remplacement de la technologie de commutation Si existante par une technologie avancéePuces SiCréduit les pertes d'énergie dans l'onduleur et permet aux véhicules de fournir une autonomie supplémentaire.

Par conséquent, les MOSFET SiC deviennent un facteur commercial incontournable lorsque des caractéristiques telles que le facteur de forme, la taille de l'onduleur ou du module DC-DC, l'efficacité et la fiabilité deviennent des considérations clés. Les ingénieurs concepteurs disposent désormais de solutions d’alimentation plus petites, plus légères et plus économes en énergie pour une variété d’applications finales. Prenez Tesla par exemple. Alors que les générations précédentes de véhicules électriques de l'entreprise utilisaient du Si IGBT, la montée en puissance du marché des berlines standard les a incités à adopter le SiC MOSFET dans le modèle 3, une première dans l'industrie.

La puissance est le facteur clé

SiCLes propriétés des matériaux en font un premier choix pour les applications à haute puissance avec des températures élevées, des courants élevés et une conductivité thermique élevée. Étant donné que les dispositifs SiC peuvent fonctionner à des densités de puissance plus élevées, ils peuvent permettre des formats plus petits pour les systèmes électroniques et électriques des véhicules électriques. Selon Goldman Sachs, l’extraordinaire efficacité du SiC peut réduire les coûts de fabrication et de possession des véhicules électriques de près de 2 000 dollars par véhicule.

Avec une capacité de batterie atteignant déjà près de 100 kWh dans certains véhicules électriques et des plans d'augmentation continue pour atteindre des autonomies plus élevées, les générations futures devraient s'appuyer fortement sur le SiC pour son efficacité accrue et sa capacité à gérer une puissance plus élevée. D'autre part, pour les véhicules de faible puissance tels que les véhicules électriques d'entrée de gamme à deux portes, les PHEV ou les véhicules électriques légers utilisant des batteries de 20 kWh ou moins, les IGBT Si constituent une solution plus économique.

Pour minimiser les pertes de puissance et les émissions de carbone dans les environnements d'exploitation à haute tension, l'industrie privilégie de plus en plus l'utilisation du SiC par rapport à d'autres matériaux. En fait, de nombreux utilisateurs de véhicules électriques ont remplacé leurs solutions Si d'origine par de nouveaux commutateurs SiC, ce qui confirme encore une fois les avantages évidents de la technologie SiC au niveau du système.