電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道(文/梁浩斌)車載充電機(jī)OBC在新能源汽車上往往承載著慢充的需求,將交流充電樁輸入的交流電轉(zhuǎn)換成可以直接為動(dòng)力電池充電的直流電。不過,隨著大功率直流快充的逐漸普及,交流慢充由于需要額外增加OBC模塊,增加車身重量、占用車內(nèi)空間的同時(shí),還提高了成本,因此近幾年已經(jīng)開始有一些車企取消電動(dòng)汽車上的OBC以及交流慢充口的配置。
最近在IEDM 2023( IEEE國際電子器件會議)上,英飛凌公布了其OBC產(chǎn)品的戰(zhàn)略路線,推動(dòng)第三代半導(dǎo)體在OBC上的應(yīng)用。
采用SiC和GaN,提高OBC模塊功率密度
英飛凌強(qiáng)調(diào),在很多應(yīng)用中,未來高效的功率半導(dǎo)體技術(shù)需求將會急劇增加。具體來說,這些需求將會在電動(dòng)汽車、數(shù)據(jù)中心、電池驅(qū)動(dòng)的非高峰電源等應(yīng)用中凸顯,以SiC和GaN為代表的功率半導(dǎo)體應(yīng)用將會加速推進(jìn)。
SiC和GaN作為第三代半導(dǎo)體材料,基于這兩種材料所制造的功率器件,開關(guān)損耗大幅減少,在高壓和大功率應(yīng)用中相比硅基的功率器件有一定優(yōu)勢。近年電動(dòng)汽車的市場滲透率進(jìn)入快速增長期,SiC功率器件的應(yīng)用也隨著800V平臺逐步推廣而越來越多。以電動(dòng)汽車中的主驅(qū)逆變器為例,英飛凌展出了使用SiC功率半導(dǎo)體和硅基功率半導(dǎo)體的情況,在WLTP標(biāo)準(zhǔn)行駛條件下,應(yīng)用了SiC功率半導(dǎo)體的主驅(qū)逆變器,能夠增加10%~12%的行駛距離。
英飛凌給出了一個(gè)邏輯:雖然SiC要比硅基IGBT更貴,但在同樣的續(xù)航里程下,使用硅基IGBT需要配備更大容量的電池包。那么從系統(tǒng)的角度來看,SiC即使是價(jià)格更高,但也能夠一定程度上降低系統(tǒng)成本。
而按照英飛凌的OBC技術(shù)路線圖,2020年OBC的功率密度約是2kW/L,主要采用硅基功率半導(dǎo)體;到2024年將會大規(guī)模轉(zhuǎn)向SiC,功率密度提升至4kW/L;到2025年后,才會推進(jìn)GaN進(jìn)入OBC,屆時(shí)功率密度將會提高至6kW/L以上。
OBC已經(jīng)大量采用SiC,GaN落地正在加速
實(shí)際上,OBC上應(yīng)用SiC要比我們想象的更加早。早在2018年,比亞迪就在旗下車型中搭載了采用SiC MOSFET的OBC、DC/DC等部件,目前來看,特斯拉、現(xiàn)代、捷豹路虎、lucid等海外車企也已經(jīng)在OBC上大規(guī)模使用SiC,同時(shí)目前多家第三方供應(yīng)商也推出了SiC OBC,并在多款車型上實(shí)現(xiàn)落地應(yīng)用。
另一方面,目前多家大廠也正在努力推動(dòng)GaN進(jìn)入到OBC中。但GaN要進(jìn)入到電動(dòng)汽車主驅(qū)等關(guān)鍵動(dòng)力系統(tǒng)中并不容易,前面提到主機(jī)廠在主驅(qū)、OBC上應(yīng)用GaN產(chǎn)品的意愿不太強(qiáng)烈,其中原因大概有兩點(diǎn):
一是在性能上,汽車主驅(qū)或者OBC等高壓應(yīng)用中GaN的性能相比碳化硅是有差距的,而成本上GaN又不及硅基器件,車企從性能和成本兩個(gè)方面都沒有太大的驅(qū)動(dòng)力去使用GaN;二是GaN沒有在新能源汽車高壓電路中大規(guī)模應(yīng)用的案例,車企往往不愿意冒這個(gè)風(fēng)險(xiǎn),特別是在涉及到汽車運(yùn)行安全的主驅(qū)中。
不過,隨著GaN在消費(fèi)領(lǐng)域的體量增加,成本逐步接近硅基功率器件,那么接下來在汽車領(lǐng)域,采用GaN的部件成本可能也將很快接近同類的車規(guī)硅基功率器件。
今年以來,包括英諾賽科、GaN Systems(已被英飛凌收購)、意法半導(dǎo)體、安世半導(dǎo)體等企業(yè)都在OBC應(yīng)用上有所進(jìn)展。
比如英諾賽科推出了全氮化鎵OBC解決方案;安世半導(dǎo)體預(yù)計(jì)GaN量產(chǎn)產(chǎn)品會在2024-2025年應(yīng)用到400V平臺電動(dòng)汽車上;意法半導(dǎo)體推出新款的車規(guī)GaN器件,其中還包括更大功率的封裝形式,包括PowerFLAT 8x8 DSC和LFPAK 12x12大功率封裝,有望能在電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)中應(yīng)用。
小結(jié):
隨著對OBC小體積、低重量的要求不斷提高,OBC的方案從IGBT過渡至SiC和GaN只是時(shí)間問題。不過關(guān)于OBC是否需要保留,未來依然是值得討論的問題。
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