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SiC MOSFET：800V电动汽车空调压缩机的必然趋势
SiC MOSFETs: The Inevitable Trend for 800V Electric Vehicle Air Conditioning Compressors
| 作者 | He Xu · Lianjie Wang · Chushan Li · Wuhua Li · Menglian Zhao · Jingkui Shi |
| 期刊 | IEEE Transactions on Vehicular Technology |
| 出版日期 | 2024年9月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | 储能系统 SiC器件 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | 电动汽车 空调系统 E压缩机 SiC MOSFET 续航里程 |
语言:
中文摘要
与传统燃油汽车不同，电动汽车的空调系统不仅要承担车厢的热管理，还要负责电池系统的热管理，甚至包括电机控制的热管理。对制冷和制热功率的高要求导致电动汽车的续航里程大幅减少。作为空调系统的核心，电动压缩机在电动汽车的热管理中起着至关重要的作用。本文表明，与硅绝缘栅双极型晶体管（Si IGBT）相比，碳化硅金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管（SiC MOSFET）更适用于 800V 电动汽车的电动压缩机。本文从系统能效、压缩机运行边界、噪声、振动与声振粗糙度（NVH）性能以及系统小型化趋势等方面，对用于电动压缩机的碳化硅金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管和传统绝缘栅双极型晶体管解决方案进行了系统比较。此外，还讨论了碳化硅金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管的成本降低潜力和栅极氧化层可靠性问题。
English Abstract
Unlike traditional fuel vehicles, the air conditioning system of electric vehicles not only undertakes the thermal management of the cabin but also the thermal management of the battery system and even the thermal management of the electric motor control. The high demand for heating and cooling power leads to a significant reduction in cruising range. As the heart of the air conditioning system, E-compressors play the most critical role in the thermal management of electric vehicles. This paper shows that SiC MOSFETs are preferred for 800V electric vehicle E-compressors compared to Si IGBTs. A systematic comparison of SiC MOSFET and conventional IGBT solutions for E-compressor application in terms of system energy efficiency, compressor operation boundary, NVH performance, and system miniaturization trend is described in this paper. Besides, the cost reduction potential and gate oxide reliability issues of SiC MOSFET are also discussed.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，本论文关于SiC MOSFET在800V电动汽车空调压缩机中的应用研究，为我们在新能源电力电子领域的技术演进提供了重要参考价值。
首先，论文系统论证了SiC MOSFET相比传统Si IGBT在高压应用中的优势，这与阳光电源在光伏逆变器和储能变流器领域的技术路线高度契合。我们的1500V光伏逆变器和高压储能系统同样面临效率提升、功率密度优化和热管理挑战。论文中提到的系统能效改善、工作边界拓展等优势，直接印证了我们在逆变器产品中采用SiC技术方向的正确性，特别是在大功率集中式逆变器和储能PCS产品线中，SiC器件能够显著降低开关损耗，提升系统整体效率1-2个百分点。
其次，论文对NVH性能和系统小型化趋势的分析，为我们的产品设计提供了新思路。SiC器件的高频开关特性不仅能减小磁性元件体积，还能改善电磁兼容性，这对于阳光电源推进户用储能、工商业储能等空间受限场景的产品竞争力至关重要。
然而，论文也指出了栅极氧化层可靠性和成本问题，这是当前制约SiC大规模应用的关键瓶颈。对阳光电源而言，需要在器件选型、驱动电路设计和供应链管理上进行前瞻性布局。建议加强与国内外优质SiC芯片厂商的战略合作，同时投入研发资源优化SiC器件的驱动保护方案，并密切跟踪SiC成本下降曲线，把握技术替代的最佳时间窗口，确保在新能源电力电子技术竞争中保持领先地位。