SiC与汽车

一、 前言随着全球经济和技术的蓬勃发展，能源消耗逐年增加。目前，全球的二氧化碳排放中，25%来源于汽车。有报告指出，至2030年，二氧化碳排放量将曾至423亿吨[1]。在我国，汽车排放带来的污染已经成

一、前言 随着全球经济和技术的蓬勃发展，能源消耗逐年增加。目前，全球的二氧化 碳排放中，25%来源于汽车。有报告指出，至2030年，二氧化碳排放量将曾至 423亿吨[1]。在我国，汽车排放带来的污染已经成为城市大气污染的主要因素， 我国的二氧化碳排放目前已居全球第二，节能减排已成为汽车业发展的重大课 题。因此，发展新能源汽车是实现节能减排及我国汽车产业跨越式、可持续发展 的必然战略措施。 新能源汽车按动力源的不同，主要有三种：混合动力汽车(HybridElectric Vehicle，HEV)、纯电动汽车(ElectricVehicle，EV)和燃料电池电动汽车(Fuel CellElectricVehicle，FCEV)。目前各种新能源汽车中，纯电动汽车和混合动力 汽车是目前新能源汽车研究和发展的热点。 电力驱动系统是新能源汽车动力性能、可靠性和成本的关键因素。目前，纯 电动汽车和混合动力汽车的电力驱动部分主要就硅基功率器件组成。随着电动汽 车的发展，对电力驱动的小型化和轻量化提出了更高的要求。然而，由于材料限 制，传统硅基功率器件在许多方面已逼近甚至达到了其材料的本征极限，如电压 阻断能力、正向导通压降、器件开关速度等，尤其在高频和高功率领域更显示出 其局限性[2]。因此，各汽车厂商都对新一代碳化硅功率器件寄予了厚望，希望通 过应用碳化硅功率器件大幅实现电动汽车逆变器和DC-DC转换器等驱动系统 的小型轻量化。 二、碳化硅功率器件为何成为新能源汽车的最爱 1.高功率密度，降低功率模块体积 由于碳化硅器件与硅器件相比，有更高的电流密度。在相同功率等级下，碳化 硅功率模块的体积显著小于硅基IGBT模块。丰田的技术人员在一场演讲会上公 开表达了对SiC的期待，他所强调的碳化硅功率器件的优点之一就是能实现功率 模块的小型化。以IPM（IntelligentPowerModule）为例，估计利用碳化硅功率 模块，体积可缩小至硅功率模块的2/3-1/3。（如图一所示） 图一.碳化硅IPM与硅IGBT功率模块的体积比较 2.低功率损耗，提高系统效率或工作频率