電動汽車

SiC和GaN帶來的駕駛體驗

利用寬帶隙半導體的DC/DC轉換器的高效率，實現羽量級電動汽車。

根據彭博社的市場研究，電動汽車的能源需求將從2016年的6 TWh增加到2040年的1,800 TWh，說明高能效系統在該領域至關重要。事實上，通過使用氮化鎵和碳化矽，電氣化車輛中的許多電源電路和器件可以大大增加效率。在特斯拉於2018年為其主要逆變器引入基於SiC的功率電子器件後，汽車領域正日益成為SiC器件的重點應用領域。越來越多的一級供應商和汽車製造商開始在其產品中使用SiC產品。

為電動汽車提供更強的續航能力

現代混合動力汽車和全電動汽車特別受益於寬帶隙元器件。因為現有電池系統的能量密度相對較低，為了達到可接受的續航能力，必須將安裝在車輛上的所有電氣系統的能量消耗降到最低。傳統的矽基功率器件的效率一般在85%~95%之間，這意味著每次電力轉換過程中，大約平均有10%的電能會以熱量的形式流失。而此時使用寬帶隙半導體，就可以顯著提高系統的整體效率。同時，它們還佔用更少空間，重量更輕，這些優勢對於電動汽車的效率最大化特別關鍵。電動汽車的效率每提高一個百分點，其續航能力就會增加超過一個百分點 —— 而續航能力，是電動車能贏得更大市場的重要因素。

效率更高，體積更小

做到這點的核心部件是牽引系統的 DC/DC 轉換器。它在不同的儲能設備、電池充電器（交流充電器、快速直流充電器）、驅動轉換器和增程器之間轉換能量。基於碳化矽和氮化鎵的功率器件，能實現 DC/DC 轉換器的最高功率密度和最輕重量。它們允許的開關頻率是矽元件的許多倍，並實現了更高的效率。高開關頻率使得被動元件可以做得更小，從而使功率密度達到創紀錄的143千瓦/分米。

如今，電力驅動機通常在400V或800V下運行。迄今為止，它們主要使用IGBT轉換器，但在800V的工作電壓範圍內，它們正越來越多地被碳化矽元器件所取代。

而氮化鎵技術則主要用於車載電源的 DC/DC 轉換器，這些轉換器將汽車電池的高電壓降低到車載電源網路的合適電壓。特別是在我們使用得越來越多的48V匯流排系統中，氮化鎵技術提高了效率，減小了尺寸，整體系統成本也得到了降低。舉個例子，若在汽車工業中使用寬帶隙電晶體，與傳統的矽技術相比，可以將最終產品得總成本降低20%。

降低充電站的成本

寬帶隙功率器件的使用並不局限於電氣化車輛的車載系統，它們也讓充電基礎設施的效率更高。例如，位於德國Achim的Power Innovation公司在其用於電動汽車充電站的功率轉換器中使用碳化矽電晶體。它們被用於高達1,000V的直流電壓範圍 —— 以前是IGBT的經典應用領域。碳化矽比IGBT解決方案實現的開關頻率明顯要高，超過100 kHz，所以效率也更高。因此充電器要小得多，電感元件的尺寸也減小，這也有助於降低整體成本。