Ventajas del SiC en la industria de los vehículos eléctricos

Como material semiconductor de banda ancha (WBG),Sic'La diferencia de energía más amplia le otorga propiedades térmicas y electrónicas más altas en comparación con el Si tradicional. Esta característica permite que los dispositivos de potencia funcionen a temperaturas, frecuencias y voltajes más altos.

SicLa eficiencia energética de aplicaciones de vehículos eléctricos y otros productos electrónicos y eléctricos se debe en gran medida al propio material. Comparado con el Si, el SiC tiene las siguientes características:

1. 10 veces la intensidad del campo de ruptura dieléctrica;

2. 2 veces la velocidad de saturación de los electrones;

3. 3 veces la banda prohibida de energía;

4. Conductividad térmica 3 veces mayor;

En resumen, a medida que aumenta el voltaje de operación, las ventajas deSicvolverse más evidente. En comparación con el Si, los interruptores de SiC de 1200 V son más ventajosos que los interruptores de 600 V. Esta característica ha llevado a la aplicación generalizada de dispositivos de conmutación de energía de SiC, mejorando así significativamente la eficiencia de los vehículos eléctricos, sus equipos de carga y su infraestructura energética, convirtiendo al SiC en la primera opción para los fabricantes de automóviles y proveedores de primer nivel.

Pero en entornos de bajo voltaje de 300 V o menos,SicLas ventajas son relativamente pequeñas. En este caso, otro semiconductor de banda prohibida amplia, el nitruro de galio (GaN), puede tener un mayor potencial de aplicación.

Alcance y eficiencia

Una diferencia clave deSicen comparación con el Si es su mayor eficiencia a nivel de sistema, que se debe a la mayor densidad de potencia del SiC, menores pérdidas de energía, mayor frecuencia de operación y mayor temperatura de operación. Esto significa una mayor autonomía de conducción con una sola carga, baterías de menor tamaño y tiempos de carga más rápidos del cargador a bordo (OBC).

En el mundo de los vehículos eléctricos, una de las mayores oportunidades reside en los inversores de tracción para transmisiones eléctricas que son alternativas a los motores de gasolina. Cuando la corriente continua (CC) fluye hacia el inversor, la corriente alterna (CA) convertida ayuda al motor a funcionar, impulsando las ruedas y otros componentes electrónicos. Reemplazar la tecnología de interruptor Si existente con tecnología avanzadachips de SicReduce las pérdidas de energía en el inversor y permite que los vehículos proporcionen autonomía adicional.

Por lo tanto, los MOSFET de SiC se convierten en un factor comercial convincente cuando características como el factor de forma, el tamaño del inversor o del módulo CC-CC, la eficiencia y la confiabilidad se convierten en consideraciones clave. Los ingenieros de diseño ahora cuentan con soluciones energéticas más pequeñas, livianas y con mayor eficiencia energética para una variedad de aplicaciones finales. Tomemos como ejemplo a Tesla. Si bien las generaciones anteriores de vehículos eléctricos de la compañía usaban Si IGBT, el auge del mercado de sedán estándar los impulsó a adoptar SiC MOSFET en el Modelo 3, una primicia en la industria.

El poder es el factor clave

SicLas propiedades del material lo convierten en la primera opción para aplicaciones de alta potencia con altas temperaturas, altas corrientes y alta conductividad térmica. Debido a que los dispositivos de SiC pueden funcionar con densidades de potencia más altas, pueden permitir factores de forma más pequeños para sistemas eléctricos y electrónicos de vehículos eléctricos. Según Goldman Sachs, la extraordinaria eficiencia del SiC puede reducir los costos de fabricación y propiedad de los vehículos eléctricos en casi 2.000 dólares por vehículo.

Dado que la capacidad de la batería ya alcanza casi los 100 kWh en algunos vehículos eléctricos y los planes de aumentos continuos para lograr rangos más altos, se espera que las generaciones futuras dependan en gran medida del SiC por su mayor eficiencia y capacidad para manejar mayor potencia. Por otro lado, para vehículos de menor potencia, como vehículos eléctricos básicos de dos puertas, PHEV o vehículos eléctricos ligeros que utilizan baterías de 20 kWh o menos, los Si IGBT son una solución más económica.

Para minimizar las pérdidas de energía y las emisiones de carbono en entornos operativos de alto voltaje, la industria favorece cada vez más el uso de SiC sobre otros materiales. De hecho, muchos usuarios de vehículos eléctricos han sustituido sus soluciones originales de Si por nuevos interruptores de SiC, lo que valida aún más las ventajas obvias de la tecnología SiC a nivel de sistema.