SiC在电动汽车的功率转换中扮演越来越重要的角色

1   中国新能源汽车市场的需求特点

首先，中国的电动化发展速度很快，中国企业的创新力旺盛，而且直接从传统汽车向新能源汽车过渡，没有美国或欧洲企业所面临的复杂的“技术遗产”问题。相比欧美，新兴的中国车企更期待新能源汽车。在中国，功率转换系统在汽车中的应用非常广泛，这就是为什么ST专注于与中国客户合作开发电源管理系统。

ST汽车和分立器件产品部大众市场业务拓展负责人公司战略办公室成员Giovanni Luca SARICA

2   SiC在成本上有优势吗

SiC解决方案的成本是比IGBT方案多出一些，实际上，根据第三方独立分析机构的整车半导体成本测算，SiC解决方案比IGBT方案每辆整车成本多出300美元（2019年测算）。2020年，根据ST的预测，考虑到制造规模变大，SiC技术改进，两种方案之间的成本差距正在收窄。

与硅基器件相比，SiC的成本优势不在于器件本身成本，而是体现在车辆总体成本方面，为汽车制造商节省很多钱。因为当采用SiC时，开关频率可以设计得更高，这将提高器件的能效，降低无源元件的尺寸/成本。因为无源器件在应用系统总成本中占比很高；此外，当采用较小的无源器件时，还可以缩减模块的整体尺寸，并且可以进一步降低整体成本。在节省成本方面，汽车制造商还可以获得其他的重要的好处。例如，当使用SiC解决方案获得更高能效时，可以降低动力电池冷却系统的尺寸，电池冷却系统是导致总体成本增加的主要因素。最终，根据独立分析机构的预测，与传统硅基解决方案相比，SiC解决方案可使整车半导体成本节省 2 000 美元。显然，这是SiC给汽车制造商带来的实实在在的成本效益。

同时，SiC有助于提高车辆的性能，延长新能源汽车的续航里程，带来更好的综合用户体验，并使车辆充电速度更快。

所有这些要素对于新能源汽车的市场普及极为重要，政府产业鼓励政策固然重要，但是，真正的市场需求，越来越多的可选车型，更好的用户体验，以及产品优势，才是引爆电动汽车市场的关键。

我们看到SiC在新能源汽车市场的应用趋势正在上升。由于成本原因和性能优势，SiC最初被广泛用于高端车型。今天，SiC已成为中档量产纯电动汽车 (BEV)的制胜方案，厂商正在利用SiC的真正的成本优势。据分析，由于成本优势，2020年将有40％以上的纯电动汽车采用SiC。2025年，SiC的普及率将会更高，届时将有超过70％的电动汽车使用SiC。显然，这不仅是因为更高的能效和更好的用户体验，而是因为SiC带来更多的成本优势。也因此，SiC成为研制高性价比的量产电动汽车的最佳解决方案。

3   快充的发展趋势

2020年，电动汽车充1次电可以行驶约400~500 km。而传统汽车一箱油就可以行驶约700 km。SiC等新技术延长了电动汽车的续航里程。ST一直在开发最高40 kW的充电板解决方案，充电站可以将多个这样的电源板组装在一起，使充电桩输出功率达到200 kW以上，350kW是新的发展方向。充到安全电量需要大约1 h，这是我们的技术极限，也是我们一直在研究的领域。随着SiC的发展和电路板数字化，充电技术有几个发展方向。其中一种是无线充电，即车辆在高速公路上行驶过程中充电。

但是，我们正在讨论不同的汽车使用方式。在城市中使用家用汽车时，关键是要经常为汽车续充，这是目前市场接受的唯一解决办法。我们正在研发可快速传输能量的充电解决方案，同时还必须了解快速充电附带的巨大危险，因为在充电站充电时，需要在短时间内将200 kW甚至更大功率传输到车辆，这意味着需要通过电缆安全地传输大量能量。

直流快速充电是一个发展趋势，我们的目标是在几分钟后为车辆充满电或充入部分电量。350 kW直流快速充电系统基本上可以实现这个目标。这确实是一个巨大的商机，ST拥有此类应用所需的关键技术，包括SiC。这个目标带来多个挑战，同时也带来多个商机：在短时间内需要大量电能时，电网很难传输如此大的电能。因此，在刚才提到的充电系统中，我们需要一个类似于车载动力电池组的储能电池组，用于存储在几分钟内为汽车充电所需的电能。当充电站处于空闲模式时，电网给储能电池充电，也可以把太阳能发电系统接入整个充电系统，给储能电池充电。这个方案需要开发大量的电子产品和技术。在大多数情况下，此类技术与电动汽车和车载动力电池的技术非常相似。我们坚信，这些趋势将在未来几年推动电子半导体整体需求增长。

（注：本文来源于《电子产品世界》2020年12月期）