实现Formula E电动车更高性能 SiC功率器件有“绝招”

来源:华强电子网 作者:包永刚 时间:2017-12-06 11:32

ROHM sic IGBT

  2017年12月2日,FIA主办的电动汽车全球顶级赛事“Formula E锦标赛2017-2018(第4赛季)“揭幕赛在香港举行。随着电动汽车受关注的程度越来越高,明年宝马、日产等重量级厂商也将加入,Formula E的影响力正变得越来越大。不过影响力的变大也会让竞争更加激烈,参赛的车队如何才能实现赛车轻量化和更长续航赢取Formula E比赛的胜利?

  文图瑞电动方程式车队(VENTURI Formula E Team)的车手向记者介绍:“FIA严格规定参赛的电动车的长宽高分别是5000mm、1800mm、1250mm,除了外观和尺寸不能变动,赛车底盘、轮胎以及电池等都是统一提供。”因此想要实现赛车技术的优越性,只能改后悬挂系统、变速箱、电机数量以及不同体积和重量的逆变器。为此,ROHM从第3赛季开始与文图瑞(VENTURI)签署官方技术合作协议,为逆变器这一赛车核心驱动部件提供全球最先进的SiC功率元器件。据了解,ROHM(罗姆)上个赛季仅提供了二极管(SiC-SBD),但从第4赛季开始,将提供集成了晶体管与二极管的“全SiC”功率模块,与未搭载SiC的第2赛季的逆变器相比,成功实现43%的小型化与6kg的轻量化。

  ROHM为什么选择与VENTURI合作加入Formula E?

  12月1日ROHM在香港举行Formula E 新闻发布会,ROHM半导体集团中国营业部董事长竹内善行告诉记者:“自1958年成立以来,ROHM始终把产品品质放在第一位,公司目前的营收大部分来自IC及分立半导体器件。不过,来自汽车领域的营收自2004年的11%持续增长,预计2017年其营收将会占31%。为此ROHM的策略也有所调整,2017年预计汽车和工控领域的营收将占公司总营收的43%,2018年将持续增长至44%。2021年,ROHM的目标是汽车加工控的营收能够占到总营收的50%。“

  ROHM半导体集团中国营业部董事長 竹内善行

  由此不难发现,汽车正成为ROHM越来越重要的一部分。当然为了提升汽车在公司营收中的比重,也为了满足汽车领域环境友好、安全、舒适的要求,ROHM的新产品将会专注在四个领域,分别是车载信息系统、动力系统、车身以及ADAS。在EV/HEV的动力系统中,ROHM能够提供隔离式栅极驱动器、SiC、IGBT。

  至于ROHM为何选择与VENTURI合作,竹内善行表示Formula E是全球顶级的电动汽车赛事会有较大的影响力,ROHM在功率元器件领域有较大的优势,因此电动汽车是ROHM SiC产品可以发挥作用的重要领域。其次,通过在电动汽车上应用SiC器件能够最快的测试和验证最新的技术,获得长足的进步。与此同时,SiC能够有利于EV的发展,而EV对环境更加友好,这也是ROHM的社会责任。最后,Formula E的赞助商中很少有日本企业,ROHM的参与不仅能展示日本企业的最新技术,也能从快速变化的挑战中有所收获。

  ROHM为EV/HEV提供的SiC功率器件能带来什么?

  上述分析很好的说明了ROHM为何要加入Formula E,但是对于VENTURI车队,SiC功率器件的价值又如何体现?ROHM半导体(上海)有限公司设计中心高级经理水原德建对此做出了解释。他表示,SiC功率器件在汽车中主要应用于牵引逆变器、车载充电器、降压转换器。ROHM研发SiC产品已经超过八年的时间,在2010年就建立了SiC器件产品体系,更值得一提的是ROHM在这一领域的三个第一。2010年12月开始规模生产SiC-DMOS。2012年3月开始量产全SiC功率模组,不仅是业界第一,也打开了SiC功率器件的新应用。2015年6月SiC Trench-Mos开始量产。

  ROHM半导体(上海)有限公司设计中心高级经理 水原德建

  ROHM与VENTURI的合作是从2016年开始,通过将传统的IGBT模组替换为半SiC模组,电动赛车逆变器的转换效率有了40%的提升,今年ROHM提供的全SiC模组更是能带来74%的效率提升。据水原德建介绍,一个采用SiC器件的5kW LLC DC/DC 逆变器的转换效率最高可达98%。除了更高效率,更小的体积也是采用SiC功率器件的优势,采用SiC-MOSFET器件每单位的输出功率的尺寸是采用SiC-IGBT的器件尺寸的1/7,重量的1/5。这就可以直观的看出,通过提升效率和减小体积和重量,SiC逆变器能够很好的帮助电动车提升效率从而增加续航能力。当然,通过搭载在电动车上进行动态仿真的DASSAULT系统,得到一系列准确的数据更能说明问题,就行车距离来说,仿真表明采用SiC逆变器的电动车行走距离增加了5.2km,得到了8%的提升。

  搭载ROHM SiC产品的逆变器

  全SiC功率模块的“绝招”到底是什么?

  “如果一个MOSFET结构相同,仅仅通过将Si材料改变为SiC材料,SiC-MOSFET电阻明显更低,更低的电阻不仅能够提升效率也让产品更薄。”水原德建解释了SiC材料能让产品更小和功率更高的原因。总结来说,采用SiC器件产品的系统效率更高,尺寸可以减小一半;产品也能够实现高频化;耐高温产品也能让系统的冷却系统更加简单。

  拥有这些优点的SiC产品不仅仅能应用于电动汽车,还应用于风能发电、光伏发电、工业设备、高铁、大规模数据中心、空调等家用电器的转换器中。不过对于光伏发电的应用,水原德建告诉记者SiC在这个应用中对效率的提升有一些瓶颈,但相信未来仍然会选用SiC功率器件。就ROHM的产品来说,目前提供分立器件以及模组,当然也能够提供SiC芯片,笔者认为这得益于ROHM从原材料到模块的生产能力。

  最后,水原德建表示目前SiC器件主要使用4-6英寸的晶圆生产,未来将采用更大尺寸的晶圆进行生产,今年全球晶圆缺货同样对ROHM产生的影响,不过影响不大。鉴于SiC产品的诸多优势,EV市场的快速发展自然将带动SiC市场的发展,ROHM也会提供更多的SiC产品,并且特别看好中国的EV市场。另外,虽然SiC产品优点突出,在高效率的市场SiC会替代IGBT,但在其他领域,传统的IGBT仍然还能保持一定的优势。(责编:王琼芳)



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