中国科学院电工研究所温旭辉:车用SiC控制器功率密度大幅提升、损耗明显下降

电机控制器作为控制新能源汽车核心动力的大脑,一直是业界关注的重点。中国科学院电工研究所研究部主任温旭辉4月8日做客联盟第25期微课堂,带来“SiC车用电机控制器研发进展”的精彩课程。

课程伊始,温旭辉就全球范围内新能源汽车发展情况做了介绍。2020年全球汽车市场销量整体下滑,但新能源汽车销量却逆势增长43%,而且以德国为代表的欧盟国家和大众、丰田、沃尔沃等车企也在加速向电动化转型。根据预测,2030年,全球新能源汽车保有量最高将达到2.45亿辆。可以说全球范围内电动化转型进程正在加快。具体到我国,温旭辉强调,经过近20年的努力,我国新能源汽车也在持续健康快速发展,尤其在研发、产业、市场、政策创新和基础设施建设和商业模式方面已呈现明显的综合优势。伴随新一轮科技革命和产业变革汹涌而至,新能源汽车在电动化的平台上,跟智能化、网联化、共享化相互赋能,全球汽车产业面临系统变革的大潮,正进入百年未遇的大变革时代。
温旭辉梳理了车用电机在十三五时期主要的进展。在她看来,车用电机关键技术指标方面,相关国内企业技术可以说直逼国际企业。不过电机控制器受制于核心器件、功率器件、数字处理芯片等发展,长期以来整体却还是落后于电机的整体发展水平。不过,好在我国高密度电力电子集成控制器追赶迅速,像上海电驱动、中车时代等均推出了基于标准模块和基于定制化封装模块的电机控制器样机,技术接近国际水平。
电力电子器件的发展经过了一代、二代和三代。第三代以前主要还是基于硅基的器件,而到了第三代以SiC和GaN为代表。具体用到新能源汽车上的SiC电力电子器件,不控器件主要是二极管,可控器件主要是MOSFET。温旭辉介绍,相比Si IGBT是双极性器件,因为SiC MOSFET是单极性器件,在关断过程中没有载流子复合过程,没有拖尾电流。SiC MOSFET关断时间<100 ns,优于Si IGBT。而相比Si FRD是双极性器件,SiC SBD是单极性器件,关断没有载流子复合过程,没有反向恢复电流。她表示,这样一来SiC 器件开关损耗远低于Si IGBT,可以提高频率。另外,她举例说明,1200V的SiC与Si 来讲,损耗可以降低60%。这意味着首先器件的面积可以大幅缩小,可以封装的更小,从而未来也可以有更大的降价空间。
在课程中她还具体讲解了中科院电工所在全SiC车用电机控制器方面的研发进展,为实现高密度集成和高效控制,利用SiC器件高温特性、SiC器件高频特性以及利用SiC器件的高效特性所做的一些研究。并重点围绕SiC电机驱动系统的电磁干扰产生机理及抑制研究做了阐述。
最后,她综述国内外车用SiC电机驱动控制器研发近况指出,车用SiC控制器功率密度大幅提升、损耗明显下降;由于SiC器件快速开关特性和高频运行,EMI问题突出,高密度EMI滤波器设计及研制是重点之一。
演讲PPT如下: