大力助推电动汽车市场
用 Coherent 高意碳化硅制造的电力电子器件将会延长电动汽车续航里程、缩短充电时间并降低成本，帮助重振电动汽车市场。
2024 年 6 月 27 日，作者：Coherent 高意
电动汽车动力总成的主要元件。
电动汽车销量陷入停滞，主要是因为电动汽车充电时间长，且购买价格高于传统的燃油汽车，导致消费者对电动汽车产生了抵触情绪。为了解决这些挑战，电动汽车制造商开始改为使用 800 V 系统，因为这种系统具有几个额外优势。
然而，过渡到 800 V 系统不仅需要更高电压的电池；事实上，800 V 系统对电力电子器件的要求与目前的系统大不相同。因此，由于碳化硅 (SiC) 绕过了传统技术面临的障碍，因此该材料成为了高压电力电子器件的半导体材料首选，取代了原有的硅材料。我们来了解一下其中的原因和原理。
更高的电压，更好的性能
为了提高电动汽车的能效及其对消费者的吸引力，汽车制造商聚焦 800 V 电气系统。这种电压的提高不仅仅是技术的升级，更是一种变革性的电动汽车供电方法，大大优于当今主要使用的 400 V 系统。
800 V 技术的一大优势是可显著缩短充电时间。这是因为随着电压增加，电力可更快注入汽车电池内。这种功能不仅带来了便利，而且是一次至关重要的进步，使得电动汽车对普通消费者来说更加实用。
此外，800 V 系统可提高电动汽车的整体能效。根据功率、电流和电阻这三者之间的关系（功率 = 电流 × 电压，或者，功率 = 电流² × 电阻），通过提高电压和降低电流，可减少功率传输过程中以热量形式损耗的能量。
通过降低电流，还可以使用更轻的汽车线束，这对于降低制造成本和减轻汽车重量有着重大影响。而减轻汽车重量又会延长续航里程。上述种种好处只是保时捷、奥迪、捷尼赛思、现代、起亚等众多汽车制造商纷纷开始打造 800 V 电池组汽车的原因之一。
充分利用 800 V 技术
要在电动汽车中充分发挥 800 V 架构的优势，需要一项关键创新。具体来说，必须升级电力电子器件，使其可在更高的电压下以最佳状态工作。
电力电子器件是指用于控制和转换电力的系统。电动汽车的传动系统使用高电压。通常，总线电压与电池电压相同——这里是指 800 V。
牵引逆变器（用于驱动电机和车轮）是高功率组件，功率高达数百千瓦。这些逆变器拓扑需要能够传输大电流且耐受高电压的高效开关。对于 800 V 系统，电压高达将近 2 kV。
在过去，这些功率开关通常是用硅制造的绝缘栅双极晶体管 (IGBT)。然而，硅材质 IGBT 在高开关频率下的性能并不佳，会出现效率损失，且无法在高于 1500 V 的电压下运行。
碳化硅 (SiC) 是一种宽带隙半导体，能够解决这一难题。碳化硅金属氧化物半导体场效晶体管 (MOSFET) 的特性优于硅基组件，例如，更高的温度耐受性、更快的开关速度和更高的效率。对于 800 V 电动汽车系统的更高电压需求，这种晶体管是近乎理想的选择。
使用碳化硅基材料的 800 V 功率模块热管理
除了用作高功率开关，碳化硅还可直接解决电动汽车面临的另一个最大挑战，那就是热管理。制成反应烧结硅/碳化硅复合材料的碳化硅可作为高耐热半导体。这使碳化硅可以有效地排出这些功率开关所在的功率模块中的热。此外，碳化硅具有出色的热膨胀特性，能够在高温、高强度和高强度重量比的情况下工作，因此是功率模块基板材料的理想选择。
总而言之，碳化硅组件（作为半导体功率开关和用于热管理的复合材料）能够高效地处理更高的电压和电流，而且产生的热量较少，因此是为 800 V 赋能的巨大力量。所有这些组件共同起作用，可减少对笨重的大型冷却系统的需求，从而进一步减轻汽车重量并降低复杂性。Coherent 高意通过自身全面的 SiC 晶圆和外延片批量生产能力、碳化硅基器件长期制造计划以及用于热管理解决方案的高容量沉积工艺来支持这种技术转变。
除了电动汽车动力总成组件，Coherent 高意还参与尖端汽车技术的几个其他方面。详细了解我们如何帮助改进舱内传感、热管理和汽车激光雷达。
