安川電機試制出了利用SiC功率元件的電動汽車(EV)行駛系統(tǒng)。該系統(tǒng)由行駛馬達及馬達的驅(qū)動部構(gòu)成。通過在驅(qū)動部采用SiC功率元件，使得驅(qū)動部的體積縮小到了原產(chǎn)品的一半以下。

　　此次展出的試制品以安川電機已經(jīng)投產(chǎn)的電動汽車行駛系統(tǒng)”QMET”為原型。安川電機為馬達及逆變器元件的大型供應(yīng)商，由于該公司在行駛系統(tǒng)上采用了SiC功率元件，因此在”第二屆EV及HEV驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)展”上該公司的展位前，眾多參觀者紛紛前來觀看試制品。

　　QMET的馬達驅(qū)動部由根據(jù)馬達轉(zhuǎn)速來切換線圈的電路及逆變器構(gòu)成。線圈切換電路是安川電機的自主技術(shù)。據(jù)安川電機介紹，采用該技術(shù)，可實現(xiàn)在低轉(zhuǎn)速區(qū)到高轉(zhuǎn)速區(qū)的所有區(qū)域內(nèi)高效行駛。

　　安川電機的電動汽車行駛系統(tǒng)”QMET”由行駛馬達、逆變器及馬達的線圈切換電路等驅(qū)動部構(gòu)成(a，b)。通過將驅(qū)動部使用的功率元件由原來的Si制切換成SiC制，使驅(qū)動部的體積縮小到了原來的一半以下(c)。

　　現(xiàn)有的QMET在逆變器的主電路及馬達的線圈切換電路上分別利用IGBT及稱為功率二極管的Si制功率元件。此次將IGBT替換成了SiC MOSFET，功率二極管替換成了SiC肖特基二極管(SBD)。此次采用的均為羅姆的開發(fā)品(表1)。通過采用SiC功率元件，逆變器整體體積縮小到了原來的約1/3，線圈切換電路的體積縮小到了原來的一半以下。因此，由二者構(gòu)成的驅(qū)動部的體積縮小到了原來的一半以下。

　　共用水冷機構(gòu)

　　通過采用SiC功率元件可使逆變器及線圈切換線路實現(xiàn)小型化的理由大致有兩個。第一個理由是可大幅削減電力損失。這是因為發(fā)熱量會隨著電力損失削減而減少，即使小型化導(dǎo)致熱容減少，溫度也不易升高。第二個理由是，SiC功率元件即使在200℃高溫下也能工作。這樣，可使熱容進一步減少，從而進一步實現(xiàn)小型化。

　　安川電機在利用SiC的這些特性的同時，還為進一步實現(xiàn)逆變器及線圈切換電路的小型化進行了精心改進。逆變器方面，將現(xiàn)有QMET利用的大型薄膜電容器切換成了小型層疊陶瓷電容器。

　　線圈切換部簡化了冷卻機構(gòu)。此前一直配置專用的水冷機構(gòu)，但此次省去了這一機構(gòu)，而是共用馬達側(cè)的水冷機構(gòu)。即在鋁(Al)制散熱基板上配置SiC功率元件模塊，將模塊釋放的熱通過散熱基板傳導(dǎo)至馬達側(cè)的水冷機構(gòu)，使其冷卻。

　　由于SiC功率元件可在高溫下工作，因此能夠簡化冷卻機構(gòu)(a)。此次省去了線圈切換電路部的水冷機構(gòu)，取而代之的是在Al制散熱基板上配置了SiC功率元件模塊(b)。

　　采用SiC二極管已基本敲定

　　據(jù)安川電機介紹，此次的試制品是為了驗證SiC功率元件的潛在能力。現(xiàn)已確認(rèn)可以實際工作，但面向電動汽車配備時需要進行可靠性試驗及長時間驅(qū)動試驗等，這些試驗將在今后實施。也就是說，該SiC功率元件還無法立即配備于電動汽車的驅(qū)動部。

　　不過，可以肯定地說今后SiC功率元件將逐漸替代現(xiàn)有的Si功率元件。在驅(qū)動部使用的二極管及晶體管中，估計首先會從二極管開始改用SiC。這是因為Si二極管因技術(shù)原因，用于延長電動汽車行駛距離時不斷要求的損失削減正接近極限的緣故。”二極管的構(gòu)造比較簡單，所以很難再通過削減損失來提高性能。不改變半導(dǎo)體材料，這個問題就無法解決”(多位精通逆變器的技術(shù)人員)。

　　SiC二極管從最初投產(chǎn)到現(xiàn)在已有約10年時間，其價格的下降使其已可在空調(diào)上應(yīng)用。即使算上汽車用產(chǎn)品的可靠性試驗時間，2015年之前開始配備SiC二極管也沒什么奇怪的。

　　預(yù)計SiC在晶體管上的應(yīng)用會晚于二極管。這是因為，Si IGBT及功率MOSFET的性能今后還將不斷提高，并且SiC MOSFET在2010年年底才剛投產(chǎn)。

　　(編輯/李艷嬌)

返回第一電動網(wǎng)首頁 >