北汽新能源作為中國新能源汽車行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，是國內(nèi)最早整車搭載SiC材料控制器并進(jìn)行量產(chǎn)的企業(yè)之一。日前，搭載第三代半導(dǎo)體SiC電機(jī)控制器的北汽新能源實車，在吐魯番即將完成夏季高溫試驗，并在后續(xù)開展里程可靠性試驗和冬季高寒可靠性試驗，將SiC材料控制器在極端環(huán)境下的可靠性進(jìn)一步的驗證。
SiC控制器研發(fā)困難重重，北汽新能源提早布局直面挑戰(zhàn)
為了提供更好的產(chǎn)品給客戶，北汽新能源在開發(fā)SiC電機(jī)控制器的路上直面挑戰(zhàn)。早在2018年，北汽新能源就開始了對SiC控制器的開發(fā)。通過全新一代主控芯片的應(yīng)用、軟件架構(gòu)和代碼執(zhí)行效率的進(jìn)一步優(yōu)化，并基于SiC模塊進(jìn)行了包括驅(qū)動能力、短路保護(hù)在內(nèi)的一系列驅(qū)動電路的深度優(yōu)化設(shè)計，在2019年初即開發(fā)出了第一臺完全自主開發(fā)的SiC電機(jī)控制器樣機(jī)。目前，北汽新能源開發(fā)的SiC控制器開關(guān)頻率已從最初的10kHz提升到25kHz，控制器功率達(dá)到220kW以上功率等級，在量產(chǎn)產(chǎn)品邊界下，控制器達(dá)到了43kW/L以上的功率密度，最高效率從98.5%提升到99.2%，同時控制器具備多核運行、電源管理、主動短路、高壓輔電等多種功能安全相關(guān)模塊，為整車安全運行提供基礎(chǔ)保障。
在整車技術(shù)上，僅搭載SiC控制器一項措施優(yōu)化，整車NEDC效率就提升3個百分點。就控制器頻率的提升所帶來更為關(guān)鍵的技術(shù)突破——電機(jī)轉(zhuǎn)速的提升而言，北汽新能源已開發(fā)出2萬轉(zhuǎn)以上的高極對數(shù)永磁電機(jī)，正在緊鑼密鼓的測試中，預(yù)計未來搭載完整超高頻應(yīng)用SiC控制系統(tǒng)的整車NEDC效率至少可提高5%，整車減重10%以上，從而實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)收益提升，達(dá)到既提高了整車收益性，又提升了整車綜合性能的應(yīng)用目標(biāo)。
眾多巨頭企業(yè)為之傾心，SiC將是PK的全新競技場
SiC材料憑借較Si材料相比具有3倍的禁帶場強(qiáng)、10倍的臨界擊穿場強(qiáng)、2倍的電子飽和漂移速率和3倍的熱導(dǎo)率等優(yōu)勢，具有更高頻、高效、耐高壓、耐高溫等特點。新能源汽車的選擇從Si材料轉(zhuǎn)變到SiC材料，主要目的就是通過改變控制器的控制方式、溫度、體積、效率等參數(shù)，提升整個系統(tǒng)的效率指標(biāo)，從而進(jìn)行整車系統(tǒng)優(yōu)化，達(dá)到續(xù)航里程的提升或相同里程下的成本優(yōu)勢。根據(jù)相關(guān)測試結(jié)果分析，采用SiC材料的控制器組件與Si基器件相比，控制器體積可以減少1/5，重量減輕35%，電力損耗從20%降低到5%，效率達(dá)到99%以上，整車?yán)m(xù)航里程提升5%以上，社會經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。
憑借對于性能的顯著提升，眾多巨頭企業(yè)紛紛加入了SiC材料研發(fā)的戰(zhàn)場。行業(yè)巨頭的科銳在2019年對外宣布，將投入10億美元用以擴(kuò)大SiC產(chǎn)能，在其公司總部建造一座采用最先進(jìn)技術(shù)的自動化碳化硅產(chǎn)品超級工廠，預(yù)計于2024年全部完工。與此同時，博世汽車宣布將在2020年生產(chǎn)用于電動汽車的下一代節(jié)能芯片，爭取在未來三年內(nèi)尋找到SiC產(chǎn)品的量產(chǎn)路徑，這是博世133年歷史上最大的一筆投資。作為第一家將SiC模塊批量應(yīng)用到電動汽車上的整車廠，特斯拉每年預(yù)計消耗50萬片6寸SiC晶圓，ST已經(jīng)無法滿足其供應(yīng)需求，特斯拉正在尋求其它等晶圓廠家為其提供充足穩(wěn)定的貨源。SiC材料控制器的前景迎來可預(yù)見的爆發(fā)期。
但是，SiC材料的優(yōu)勢也為它帶來了相應(yīng)的挑戰(zhàn)。從材料成本上，SiC材料價格成本偏高，導(dǎo)致產(chǎn)品無法大規(guī)模推廣；在應(yīng)用技術(shù)上，如何提高SiC控制器開關(guān)頻率、增強(qiáng)驅(qū)動技術(shù)的高安全性、解決EMC與EMI（電磁兼容與干擾）問題和降低SiC系統(tǒng)熱損耗等都是SiC產(chǎn)品批量應(yīng)用上需要克服的困難。北汽新能源日前完成的夏季高溫試驗，未來即將開展的里程可靠性試驗和冬季高寒可靠性試驗，正是在克服困難的征程上，不斷的前行，只為用戶帶來更為暢快的駕駛體驗。
