Mit zunehmendem Interesse und Marktunterstützung für Elektrofahrzeuge (EVs) und Hybridfahrzeuge (HEVs) wird der Wettbewerb unter den Automobilherstellern immer heftiger, um einem wachsenden Kundenstamm qualitativ hochwertige Produkte anzubieten. Aufgrund der Notwendigkeit einer hohen Kilowattstundenversorgung zum Antrieb von EV-Motoren, haben traditionelle 12-V-Batterien Batteriepacks in der Reihenfolge von 400-450 V DC weichen und sind zur Mainstream-Batteriespannung für EVs und HEVs geworden.

Der Markt drängt bereits jetzt auf eine Verlagerung hin zu Hochspannungsbatterien. 800-V-DC und größere Batterien werden vorteilhafter, da die Verwendung höherer Spannungen bedeutet, dass das System mit niedrigeren Strömen arbeiten kann und die gleiche Leistung erreicht. Die Vorteile von niedrigerem Strom sind geringere Verluste, weniger Wärmeableitung zu verwalten und die Verwendung kleinerer Kabel zur Stromversorgung des gesamten Fahrzeugs.http://www.ic-bom.com/

Die Hauptlast der Batterie ist der Motor des Fahrzeugs, und EV und HEV, die AC-Motoren verwenden, verlassen sich auf den Hauptantriebsumrichter, um DC-Batterieleistung in Wechselstrom umzuwandeln. Der Hauptantriebsumrichter ist das Herzstück eines Elektrofahrzeugs und liefert das Drehmoment und die Beschleunigung, die erforderlich sind, um das Fahrzeug vorwärts zu fahren. Die beiden wichtigsten Designüberlegungen für den Hauptantriebsumrichter umfassen Umwandlungseffizienz und Spitzenleistung.

Je höher die Effizienz der Stromumwandlung von Gleichstrom zu Wechselstrom, kann das Fahrzeug kleinere Batterien verwenden, um mehr Dinge zu tun. Höhere Effizienz bedeutet auch, dass das System mehr Leistung liefern und die Menge der Wärmeableitung reduzieren kann, die verwaltet werden muss.

Die Spitzenleistung bestimmt die Gesamtleistung eines Fahrzeugs, insbesondere das momentane Drehmoment und die Beschleunigungsfähigkeit. Effizienz (Reichweite) und Spitzenleistung (Leistung) bestimmen gemeinsam die Anwendungs- und Nutzungsszenarien von Fahrzeugen.http://www.ic-bom.com/

Heutzutage werden viele Elektrofahrzeuge und HEVs auf IGBT-Technologie gebaut. Mit dem Aufkommen der Siliziumkarbid (SiC)-Technologie sind höhere Effizienz und Leistung möglich geworden.

Vorteile von Siliziumkarbid

Die IGBT-Technologie bietet typischerweise kostengünstigere Lösungen für Mid- bis Low-End-Fahrzeuge, während SiC hervorragende Effizienz und Spitzenleistung bietet, insbesondere bei höheren Spannungen. Es eignet sich für Fahrzeuge, die großen Wert auf Reichweite und Leistung legen, und die Systemkosten sind flexibler. Jeder Chip hat eine niedrigere Impedanz und erreicht eine ausgezeichnete Effizienz und thermische Optimierung. Durch die kombinierte Aktion dieser Funktionen wird der Batterieverbrauch pro Meile reduziert. Obwohl die Kosten für SiC höher sind als für IGBT, werden diese in vielen Anwendungen durch die Kosteneinsparungen in anderen Bereichen des Fahrzeugs durch die verbesserte Energieeffizienz von SiC ausgeglichen.http://www.ic-bom.com/

Umwandlungseffizienz:

Im Wesentlichen wird die aktuelle IGBT-Technologie mit steigender Spannung dicker und weniger effizient werden, was zur Notwendigkeit einer höheren Sperrspannung führt. Hochspannungs-Wechselrichter können auf der Grundlage von IGBT gebaut werden, aber da die Spannung von Elektrofahrzeugen 800 V und höher erreicht, wird die Effizienz von SiC deutlich höher sein als die von IGBT. Bei höheren Spannungen muss SiC nicht so dick wie IGBT sein, um eine Spannungssperre zu erreichen. Unter Standardlast beträgt die Effizienz von IGBT etwa 94%. Bei geringeren Lasten sinkt der Wirkungsgrad jedoch auf 92%, z.B. wenn das Fahrzeug mit Reisegeschwindigkeit fährt. Im Gegensatz dazu kann SiC 98% unter Standardlast mit einem Gewinn von 4%. SiC hat einen 95% Wirkungsgrad und einen Gewinn von 3% bei geringeren Lasten.

Fahrstrecke erhöhen:

Eine 100-Kilowattstundenbatterie und IGBT basierte Wechselrichterlösung können eine maximale Reichweite von 300 Meilen generieren. Die Verwendung von SiC kann die Effizienz um mehr als 3%, erhöhen, was die Reichweite des Fahrzeugs um 9 Meilen oder mehr erhöht. Bei Fahrzeugen mit größeren Batterien, wie z.B. Langstreckentransportwagen, wird die Reichweite größer sein.http://www.ic-bom.com/

Verkabelung mit kleinerem Durchmesser:

Der Motor kann mit niedrigerem Strom angetrieben werden, da der SiC-basierte Hauptantriebsumrichter bei höheren Spannungen effizienter arbeitet. Auf diese Weise können Kabel mit kleinerem Durchmesser verwendet werden. Der Durchmesser der Verdrahtung, die durch das Fahrzeug verläuft, hat sich verringert, wodurch das Gesamtgewicht reduziert wird, so dass weniger Strom benötigt wird, um das Fahrzeug zu fahren und die gesamte Fahrdistanz zu erhöhen. Darüber hinaus sind die Verdrahtungskosten mit kleinerem Durchmesser geringer, wodurch die Kosten für den Einsatz von SiC-Hauptantriebsumrichtern mit Hochspannung ausgeglichen werden.

Systemgröße:

Die Effizienz der SiC-Technologie ist höher, wodurch der Hochspannungs-Hauptantriebsumrichter kompakter wird, ohne die Effizienz oder Spitzenleistung zu beeinträchtigen. Der kleinere Wechselrichter bietet Designern größere Flexibilität bei der Platzierung des Wechselrichters und maximiert den Passagier und den verfügbaren Platz im Fahrzeug.http://www.ic-bom.com/

Thermisches Management:

Die Beheizung der Wärme im Fahrzeug ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Gesamtsystemeffizienz. Der Hauptantriebsumrichter auf SiC-Basis hat eine höhere thermische Effizienz, die niedrigere Verluste und weniger Wärmeableitung erzeugen kann. Das bedeutet, dass der Wechselrichter bei niedrigeren Temperaturen arbeitet und doppelte Vorteile bringt: Das Traktionssystem kann höhere Spitzenleistungen erzielen und gleichzeitig die Gesamtkosten des Kühlsystems senken.