汽車(chē)產(chǎn)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程加速推進(jìn)，今后較長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，汽車(chē)的需求量仍將保持增長(zhǎng)勢(shì)頭。新能源電動(dòng)汽車(chē)、汽車(chē)制造商、工業(yè)公司和研究機(jī)構(gòu)也將攜手合作，繼續(xù)開(kāi)發(fā)電動(dòng)車(chē)輛和必要的基礎(chǔ)設(shè)施。

近年來(lái)，電動(dòng)汽車(chē)的前景有了明顯改善。在過(guò)去的幾年中，各種公司已經(jīng)研究和測(cè)試了新的驅(qū)動(dòng)概念，第一批混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車(chē)都已上市，電力電子系統(tǒng)等新組件被集成到汽車(chē)中，這在傳統(tǒng)柴油、汽油車(chē)輛中不存在的。

新能源汽車(chē)包括以下系統(tǒng)：驅(qū)動(dòng)逆變器以驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)（高達(dá)300kW）、電池充電器（車(chē)載充電器）從3.6kW到22kW、感應(yīng)充電（無(wú)線(xiàn)充電）從3.6kW到22kW、?直流/直流轉(zhuǎn)換器（高達(dá)5kW），用于空調(diào)、轉(zhuǎn)向支架、水泵等輔助單元的逆變器。對(duì)于上述系統(tǒng)，電力電子元器件在確?；旌蟿?dòng)力和電動(dòng)汽車(chē)的功能方面起著決定性的作用。

汽車(chē)原始設(shè)備制造商對(duì)電力電子系統(tǒng)的要求對(duì)此類(lèi)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。特別是空間要求、重量和效率的相互制衡，整個(gè)系統(tǒng)的成本和產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的工作量要保持在較低水平，同時(shí)還必須保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定和操作的安全性。

硅是半導(dǎo)體行業(yè)第一代基礎(chǔ)材料，世界上大多數(shù)集成電路元器件都是以硅為襯底制造的。傳統(tǒng)電力電子器件的效率基于硅半導(dǎo)體技術(shù)，通常在85%至95%之間變化。這意味著在每次功率轉(zhuǎn)換期間，大約10%的電能會(huì)以熱量的形式損失。

但碳化硅(SiC)可以承受高功率密度從而在熱設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)緊湊的系統(tǒng)。SiC的導(dǎo)熱系數(shù)幾乎是Si半導(dǎo)體器件的三倍，與硅半導(dǎo)體相比，SiC適用于更高的工作溫度。隨著電動(dòng)汽車(chē)、5G等應(yīng)用的快速發(fā)展，高功率、耐高壓、高頻率器件的需求也在快速增長(zhǎng)。新能源汽車(chē)行業(yè)正在成為碳化硅大規(guī)模應(yīng)用的主角。

碳化硅(SiC)材料具有禁帶寬度大(Si的3倍)、熱導(dǎo)率高(Si的33倍或GaAs的10倍)、電子飽和遷移速率高(Si的2.5倍)和擊穿電場(chǎng)高(Si的10倍或GaAs的5倍)等特性。所以碳化硅(SiC)器件在高溫、高壓、高頻、大功率電子器件領(lǐng)域和航天、軍工、核能等極端環(huán)境應(yīng)用領(lǐng)域有著不可替代的優(yōu)勢(shì)。

碳化硅(SiC)半導(dǎo)體具有比Si-IGBT更好的開(kāi)關(guān)性能，因此SiC在高開(kāi)關(guān)頻率下產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)損耗較小。與Si-IGBT相比，在高開(kāi)關(guān)頻率下SiC可獲得更大的負(fù)載電流。

比較具有高開(kāi)關(guān)頻率應(yīng)用中的SiC-MOSFET和Si-GIBT，可以說(shuō)由于Si-IGBT的高開(kāi)關(guān)損耗和由此產(chǎn)生的熱量，必須降低輸出電流。這是不超過(guò)最大芯片溫度并確保半導(dǎo)體功能的唯一方法。因此，在高開(kāi)關(guān)頻率下，SiC-MOSFET比Si-IGBT效率更高。

車(chē)載充電器當(dāng)中也有Sic的應(yīng)用，這是由用于電源轉(zhuǎn)換的不同組件組成的復(fù)雜系統(tǒng)，這些系統(tǒng)中集成了的組件包括：半導(dǎo)體（如二極管、MOSFET）、無(wú)源元件（如電感器和電容器）和具有相應(yīng)轉(zhuǎn)換比的變壓器。變壓器以所需的電壓為電池充電，此外也用于在充電過(guò)程中對(duì)高壓電池進(jìn)行電耦。

高壓電池的續(xù)航里程是混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車(chē)普及的最大掣肘之一。為了說(shuō)服最終客戶(hù)（即車(chē)主）相信電動(dòng)汽車(chē)，許多汽車(chē)制造商目前依賴(lài)具有快速充電時(shí)間的充電系統(tǒng)。這是為了簡(jiǎn)化電動(dòng)汽車(chē)的使用。但是快速充電意味著對(duì)于技術(shù)實(shí)施而言，需要在短時(shí)間內(nèi)獲得更高的充電性能。由于車(chē)內(nèi)的設(shè)計(jì)空間始終有限，因此電池充電器系統(tǒng)必須具有高功率密度。這是將此類(lèi)系統(tǒng)集成到車(chē)輛中以滿(mǎn)足市場(chǎng)需求的唯一方法。

電力電子元件小型化的選擇之一是電感器和變壓器等無(wú)源元件的更緊湊設(shè)計(jì)。這通常只有在可以控制在同一電路中部署的半導(dǎo)體以高開(kāi)關(guān)頻率時(shí)才有可能。對(duì)于硅半導(dǎo)體，高開(kāi)關(guān)頻率下的熱負(fù)載將限制這種方法。由于其出色的開(kāi)關(guān)特性，SiC-MOSFET非常適合這些情況。

對(duì)于采用Si半導(dǎo)體的DC/DC轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，開(kāi)關(guān)頻率限制為25kHz。如果使用SiC-MOSFET，則開(kāi)關(guān)頻率可達(dá)160kHz，這導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的繞組質(zhì)量大幅小型化，可實(shí)現(xiàn)高功率密度和顯著的整體重量減輕。

4月12日，極氪第三款新產(chǎn)品SUV極氪X正式上市。該車(chē)擁有單電機(jī)后驅(qū)版和雙電機(jī)四驅(qū)版，因配備了高效率碳化硅電機(jī)，綜合效率提升了2%，續(xù)航提升了20km。

4月26日，極氪官微宣布，他們與安森美簽署了長(zhǎng)期供應(yīng)協(xié)議，將進(jìn)一步深化雙方在碳化硅功率器件領(lǐng)域的合作關(guān)系——極氪將采用安森美提供的EliteSiC碳化硅功率器件，以提高旗下產(chǎn)品的能效，從而提升性能，加快充電速度、延長(zhǎng)續(xù)航里程。該碳化硅功率器件M3E 1200V EliteSiC MOSFET能夠提供更高的功率和熱能效，從而減小車(chē)內(nèi)主驅(qū)逆變器的尺寸與重量，提高續(xù)航里程。

此外，極氪品牌還有2023年極氪001與極氪009兩款SiC車(chē)型，其中極氪009搭載了威睿電動(dòng)的200kW SiC電驅(qū)動(dòng)總成。這款總成于去年6月正式批產(chǎn)下線(xiàn)，是基于吉利浩瀚架構(gòu)打造的首款SiC電驅(qū)產(chǎn)品，由威睿電動(dòng)全新自主研發(fā)及生產(chǎn)制造。

在兼顧成本和效率以及平衡市場(chǎng)需求的基礎(chǔ)上，可以預(yù)見(jiàn)，碳化硅SiC在新能源汽車(chē)中的應(yīng)用將會(huì)被更多的汽車(chē)品牌所采納。SiC功率器件將在汽車(chē)的制造過(guò)程中越來(lái)越普及。

編輯：黃飛

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