SiC器件上车第一个优质落脚点—车载电源

发布人：旺材芯片时间：2021-12-21 来源：工程师发布文章

为什么说车载电源是SiC上车的第一个落脚点？
电动车在动力性能、智能化方面超越燃油车，但电动车在续航里程方面仍面临着补能焦虑的问题，传统燃油车加一次油时间为5分钟，而目前快充至少要60分钟。在高峰期充电排队等候的时间亦进一步拉长。
目前车企解决补能速度的两条路线分别是换电和快充，换电目前还面临盈利模式、标准统一等挑战；更多车企选择了快充路线，一方面快充与CTC趋势一致，另一方面技术升级路径清晰。800V高压平台方案应运而生。
动力电池电压平台升级到800V ，当前的OBC 、 DC/DC 及 PDU 等电源产品都需要从400V等级提升至符合 800V 电压平台的应用， SiC 器件由于其优异的特性也将开始大规模的应用。
除此之外，直流快充桩原本输出电压等级为400V，可直接给动力电池充电，但动力电池为800V 后其电压不再能够继续充电，因此需要一个额外的升压产品使400V电压能够上升到 800V ，进而给动力电池进行直流快充。在此技术方案下，这个器件需要能够满足大功率充电的功率，因此其价值量相比传统DC/DC 要更大，而电源企业也将充分受益于此升压 DC/DC 产品的配置。高电压对功率器件提出更高要求，碳化硅将借助耐高压、耐高温、开关损耗低等优势在功率器件领域进行广泛应用。
以OBC举例，从 Si 设计转到 SiC 设计，功率器件和栅极驱动的数量减少 30% 以上，开关频率提高一倍以上。降低了功率转换系统的组件尺寸、重量和成本，同时提高运行效率。

目前，市场上的车载电源产品主要向集成化、高功率化、双向化发展。
(一) 集成化：通过将DC/DC、OBC、电机、电控器件等集成可以减少车载电源的占用空间，减少电路板尺寸，降低组装成本以及BOM和PCB成本。
(二) 高功率化：随着电动车续航、带电量的提高，10kW、 20kW以上的大功率将成为主流，主要通过三相交流电技术，目前比亚迪、欣锐科技已有所布局。
(三) 双向化：双向DC/DC具有效率高、体积小、成本低的优点，同时还可将电池电能对外输出，有效提高电能利用率。双向车载充电机可以将电池的电能对外输出，实现车对车、车对负载、车对电网充电。
在车载电源系统中使用SiC MOSFET能以更高的频率进行开关，功率密度更高，能效更高，EMI性能得到改善以及系统尺寸减小。

同时，再以22KWOBC系统举例，再进一步细化成本结构：尽管相比单个 Si 基二极管和功率晶体管，分立式 SiC 基功率器件的成本更高。但从系统角度来说，SiC 器件的性能可减少所需元件的数量，从而降低电路元件成本以满足支持各种功率器件功能的要求。综合算下来， SiC 系统比Si 系统可节约近 20% 的成本。
除了结构成本节约之外，SiC 系统在 3 kW/L 的功率密度下可实现 97% 的峰值系统效率，而 Si OBC 仅可在 2 kW/L 的功率密度下实现 95% 的效率。这一系统效率的提升可为消费者带来每年平均 40 美元的能源节约。

国内车载电源企业布局碳化硅产品情况
除了上文提到的得润电子外，他的友商欣锐科技在碳化硅应用于车载电源领域也深耕多年。日前在行业会议上，欣锐科技股份有限公司董事长吴壬华博士分享了“SiC器件在新能源汽车产业中的应用”主题报告。
他指出，欣锐科技从成立之初确定电力电子能量变换技术、数字化实时控制和网络化监控三大核心技术，历经十六载锻造的大功率电力电子能量变换技术、第三代半导体SiC应用技术和软件定义产品技术三大核心技术已经成为公司三个业务板块共同的基石。碳化硅技术全球领先的Wolfspeed早在2013年就曾官宣与欣锐科技开展深度合作。
吴壬华博士表示：“欣锐科技在过去十六年积累了非常丰富、百万辆级的，车规级的产品开发经验是无可替代的，再加上新一代半导体碳化硅的应用经验等等，这些全部结合在一起，逐渐得到国内、外车企的认可和接纳。
公司服务于包含国产自主品牌主机厂、合资品牌主机厂、新势力主机厂和外资主机厂客户的中高端车型，主要客户包括比亚迪、吉利、长城、小鹏、本田等等均在内。”

随着全球新能源汽车渗透率的不断提升，2025年全球新能源汽车销量有望达到1300万辆。仅以车载充电机为例，考虑乘用车OBC充电机单价，预计乘用车车载充电机OBC市场空间将增长至250亿元。车载电源的市场空间不可小觑。

来源：碳化硅芯观察

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