电动汽车需要800v,而800v需要碳化硅
800伏的电动汽车已经出现,未来还会有更多。800v系统最初出现在保时捷Taycan和奥迪e-Tron GT等豪华电动汽车上,后来在现代Ioniq5和起亚EV6上成为主流。通用汽车和Rivian已经宣布,未来的电动汽车将配备800伏。[1]预计其他公司也会跟进。
800v的使用是一件大事,因为它是今天400v驱动系统的两倍。两倍的电压可以减少一半的充电时间。现代Ioniq5和起亚EV6可以消耗200千瓦的电量,在18分钟内从10%充电到80%。保时捷Taycan可以在22.5分钟内将电量从5%充满到80%。在400v电压下处理100kw电量的充电电缆和连接器可以在800v电压下输出200kw电量。尽管800v本身并不能显著增加行驶里程,但它可以通过实现更快的充电时间来减少里程焦虑。
在给定的功率水平下,两倍的电压还可以将电流减少一半,从而减小电缆的尺寸和重量,从而实现更轻重量的电动汽车。更低的电流意味着更少的热量产生更环保的电动汽车。更高的电压和更小的绕组使牵引电机的设计具有更高的功率密度和更高的效率。[2]
800v电动汽车需要碳化硅电源转换器
与硅功率mosfet和igbt相比,碳化硅(SiC)具有更高的性能。硅的带隙约为1.12电子伏特(eV),而SiC的带隙为3.26 eV,因此在高温下SiC器件的泄漏电流更低。
与硅(0.3 MV/cm)相比,SiC具有更高的击穿临界电场电压(2.8兆伏/厘米(MV/cm)),显著降低了导通电阻。更高的击穿场使得SiC器件比硅器件更薄,降低了开关损耗,提高了载流能力,实现了更快的开关。因此,SiC MOSFET可以像硅MOSFET一样支持高频开关,但其电流和电压额定值与IGBT相似,非常适合电动汽车中的功率转换器。
与基于慢开关igbt的设计相比,使用SiC的高频开关可以产生更小的功率变换器。
与硅相比,导热性是碳化硅的另一个亮点。碳化硅较高的导热系数产生较小的结温(Tj)在给定的功耗下增加。SiC mosfet还可以处理比硅器件更高的结温。SiC器件可以承受最大结温(Tj (max))的温度可达600˚C,但由于包装方面的考虑,商用设备的温度限制在175至200˚C之间。另一方面,硅器件有一个Tj (max)温度为150˚C,增加了冷却需求并增加了溶液尺寸。
800v电动汽车需要基于sic的Aux dc
即使牵引电源母线提高到800v,电动汽车的辅助电源母线预计仍将保持在24vdc或48vdc。电动汽车需要高度集成化、轻量化和高效的技术来实现800V到24V或48V的DC-DC转换器。
辅助电源设计人员可转高压,AEC q100合格InnoSwitch3-AQ系列电源集成电路。这些集成电路集成了1700 V SiC mosfet和加强隔离。它们最多可减少50%的组件数量,实现高度紧凑和轻量化的解决方案。
这些电源ic在整个负载范围内提供高达90%的效率。它们在空载时消耗不到15兆瓦,减少了电动汽车电池管理系统的自放电,并且晶片厂、组装和测试场所拥有iatf16949认证的汽车质量管理体系。
参考文献
[1]https://www.greencars.com/post/new-800-volt-fast-charging-systems