SiC在電動汽車的功率轉換中扮演越來越重要的角色

1   中國新能源汽車市場的需求特點

首先，中國的電動化發(fā)展速度很快，中國企業(yè)的創(chuàng)新力旺盛，而且直接從傳統(tǒng)汽車向新能源汽車過渡，沒有美國或歐洲企業(yè)所面臨的復雜的“技術遺產”問題。相比歐美，新興的中國車企更期待新能源汽車。在中國，功率轉換系統(tǒng)在汽車中的應用非常廣泛，這就是為什么ST專注于與中國客戶合作開發(fā)電源管理系統(tǒng)。

ST汽車和分立器件產品部大眾市場業(yè)務拓展負責人公司戰(zhàn)略辦公室成員Giovanni Luca SARICA

2   SiC在成本上有優(yōu)勢嗎

SiC解決方案的成本是比IGBT方案多出一些，實際上，根據(jù)第三方獨立分析機構的整車半導體成本測算，SiC解決方案比IGBT方案每輛整車成本多出300美元（2019年測算）。2020年，根據(jù)ST的預測，考慮到制造規(guī)模變大，SiC技術改進，兩種方案之間的成本差距正在收窄。

與硅基器件相比，SiC的成本優(yōu)勢不在于器件本身成本，而是體現(xiàn)在車輛總體成本方面，為汽車制造商節(jié)省很多錢。因為當采用SiC時，開關頻率可以設計得更高，這將提高器件的能效，降低無源元件的尺寸/成本。因為無源器件在應用系統(tǒng)總成本中占比很高；此外，當采用較小的無源器件時，還可以縮減模塊的整體尺寸，并且可以進一步降低整體成本。在節(jié)省成本方面，汽車制造商還可以獲得其他的重要的好處。例如，當使用SiC解決方案獲得更高能效時，可以降低動力電池冷卻系統(tǒng)的尺寸，電池冷卻系統(tǒng)是導致總體成本增加的主要因素。最終，根據(jù)獨立分析機構的預測，與傳統(tǒng)硅基解決方案相比，SiC解決方案可使整車半導體成本節(jié)省 2 000 美元。顯然，這是SiC給汽車制造商帶來的實實在在的成本效益。

同時，SiC有助于提高車輛的性能，延長新能源汽車的續(xù)航里程，帶來更好的綜合用戶體驗，并使車輛充電速度更快。

所有這些要素對于新能源汽車的市場普及極為重要，政府產業(yè)鼓勵政策固然重要，但是，真正的市場需求，越來越多的可選車型，更好的用戶體驗，以及產品優(yōu)勢，才是引爆電動汽車市場的關鍵。

我們看到SiC在新能源汽車市場的應用趨勢正在上升。由于成本原因和性能優(yōu)勢，SiC最初被廣泛用于高端車型。今天，SiC已成為中檔量產純電動汽車 (BEV)的制勝方案，廠商正在利用SiC的真正的成本優(yōu)勢。據(jù)分析，由于成本優(yōu)勢，2020年將有40％以上的純電動汽車采用SiC。2025年，SiC的普及率將會更高，屆時將有超過70％的電動汽車使用SiC。顯然，這不僅是因為更高的能效和更好的用戶體驗，而是因為SiC帶來更多的成本優(yōu)勢。也因此，SiC成為研制高性價比的量產電動汽車的最佳解決方案。

3   快充的發(fā)展趨勢

2020年，電動汽車充1次電可以行駛約400~500 km。而傳統(tǒng)汽車一箱油就可以行駛約700 km。SiC等新技術延長了電動汽車的續(xù)航里程。ST一直在開發(fā)最高40 kW的充電板解決方案，充電站可以將多個這樣的電源板組裝在一起，使充電樁輸出功率達到200 kW以上，350kW是新的發(fā)展方向。充到安全電量需要大約1 h，這是我們的技術極限，也是我們一直在研究的領域。隨著SiC的發(fā)展和電路板數(shù)字化，充電技術有幾個發(fā)展方向。其中一種是無線充電，即車輛在高速公路上行駛過程中充電。

但是，我們正在討論不同的汽車使用方式。在城市中使用家用汽車時，關鍵是要經常為汽車續(xù)充，這是目前市場接受的唯一解決辦法。我們正在研發(fā)可快速傳輸能量的充電解決方案，同時還必須了解快速充電附帶的巨大危險，因為在充電站充電時，需要在短時間內將200 kW甚至更大功率傳輸?shù)杰囕v，這意味著需要通過電纜安全地傳輸大量能量。

直流快速充電是一個發(fā)展趨勢，我們的目標是在幾分鐘后為車輛充滿電或充入部分電量。350 kW直流快速充電系統(tǒng)基本上可以實現(xiàn)這個目標。這確實是一個巨大的商機，ST擁有此類應用所需的關鍵技術，包括SiC。這個目標帶來多個挑戰(zhàn)，同時也帶來多個商機：在短時間內需要大量電能時，電網很難傳輸如此大的電能。因此，在剛才提到的充電系統(tǒng)中，我們需要一個類似于車載動力電池組的儲能電池組，用于存儲在幾分鐘內為汽車充電所需的電能。當充電站處于空閑模式時，電網給儲能電池充電，也可以把太陽能發(fā)電系統(tǒng)接入整個充電系統(tǒng)，給儲能電池充電。這個方案需要開發(fā)大量的電子產品和技術。在大多數(shù)情況下，此類技術與電動汽車和車載動力電池的技術非常相似。我們堅信，這些趨勢將在未來幾年推動電子半導體整體需求增長。

（注：本文來源于《電子產品世界》2020年12月期）