Bagaimana SiC Dapat Memperpanjang Jangkauan Kendaraan Listrik sebesar 5%

October 18, 2023

berita perusahaan terbaru tentang Bagaimana SiC Dapat Memperpanjang Jangkauan Kendaraan Listrik sebesar 5%

Permintaan konsumen yang terus meningkat, meningkatnya kesadaran lingkungan/peraturan lingkungan, dan berbagai pilihan yang tersedia mendorong adopsi kendaraan listrik (EV),membuat mereka semakin populerSebuah studi baru-baru ini menunjukkan bahwa pada tahun 2023, penjualan kendaraan listrik akan menyumbang 10% dari penjualan mobil global; pada tahun 2030, angka ini diperkirakan akan meningkat menjadi

30%; dan pada tahun 2035, penjualan kendaraan listrik berpotensi mewakili setengah dari penjualan mobil global.

 

Namun, "kekhawatiran jarak tempuh", yaitu kekhawatiran bahwa jarak tempuh yang ditempuh dengan satu kali pengisian mungkin tidak cukup, tetap menjadi hambatan yang signifikan bagi penerapan kendaraan listrik secara luas.Mengatasi tantangan ini sangat penting untuk memperluas jangkauan kendaraan tanpa meningkatkan biaya secara signifikan.

 

Artikel ini membahas bagaimana menggunakan Silicon Carbide (SiC) Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors (MOSFET) di inverter utama dapat memperpanjang jangkauan kendaraan listrik hingga 5%.Selain itu, it explores why some Original Equipment Manufacturers (OEMs) are hesitant to transition from Silicon-based Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBTs) to SiC devices and the efforts of companies in the supply chain to address OEM concerns while boosting confidence in this mature wide-bandgap semiconductor technology.

berita perusahaan terbaru tentang Bagaimana SiC Dapat Memperpanjang Jangkauan Kendaraan Listrik sebesar 5% 0

 

Tren dalam Desain Inverter Utama Kendaraan Listrik

Inverter utama (primary) di kendaraan listrik mengubah tegangan baterai arus searah (DC) menjadi tegangan arus bolak-balik (AC) untuk memenuhi persyaratan tegangan AC dari motor traksi listrik,memungkinkan untuk mengemudi kendaraan dengan lancarTren terbaru dalam desain inverter utama meliputi:

  • Meningkatkan Daya:Kekuatan output inverter yang lebih besar mengarah pada akselerasi kendaraan yang lebih cepat dan respon yang lebih cepat bagi pengemudi.

  • Meningkatkan Efisiensi:Meminimalkan jumlah energi yang dikonsumsi oleh inverter untuk meningkatkan daya yang tersedia untuk mengemudi kendaraan.

  • Meningkatkan Tegangan:Sementara baterai 400V telah menjadi spesifikasi yang paling umum di kendaraan listrik sampai baru-baru ini, industri otomotif bergerak menuju 800V untuk mengurangi arus, ketebalan kabel, dan berat.Oleh karena itu, inverter utama di kendaraan listrik harus mampu menangani tegangan yang lebih tinggi dan menggunakan komponen yang sesuai.

  • Mengurangi Berat Badan dan Ukuran:SiC memiliki kepadatan daya yang lebih tinggi (kW/kg) dibandingkan dengan IGBT berbasis silikon.Berat kendaraan yang lebih rendah berkontribusi untuk memperluas jangkauan kendaraan menggunakan baterai yang sama sambil mengurangi volume sistem transmisi dan meningkatkan ruang penumpang dan bagasi.

Keuntungan SiC atas Silikon

 

Dibandingkan dengan silikon, Silicon Carbide menawarkan beberapa keuntungan dalam hal sifat material, menjadikannya pilihan yang unggul untuk desain inverter utama.dengan nilai kekerasan Mohs 9.5 dibandingkan dengan silikon 6.5, membuat SiC lebih cocok untuk sintering tegangan tinggi dan memberikan integritas mekanik yang lebih besar.

 

Selain itu, SiC memiliki konduktivitas termal (4,9W/cm.K) empat kali lipat dari silikon (1,15W/cm.K), yang memungkinkan untuk secara efektif menghilangkan panas dan beroperasi secara andal pada suhu yang lebih tinggi.Tegangan pemecahan SiC (2500kV/cm) delapan kali lebih tinggi dari silikon (300kV/cm), dan memiliki sifat bandgap yang luas, memungkinkan beralih lebih cepat dan kehilangan yang lebih rendah dibandingkan dengan silikon,sehingga menjadi pilihan yang lebih baik untuk peningkatan tegangan (800V) arsitektur di kendaraan listrik.

 

Ansys SiC Packaging Menawarkan Ketahanan Termal yang Luar Biasa Rendah

 

Terlepas dari keuntungan SiC yang jelas,beberapa OEM otomotif enggan beralih dari perangkat switching berbasis silikon yang lebih tradisional seperti Transistor Bipolar Isolated Gate (IGBT) untuk digunakan dalam inverter utamaAlasan OEM ragu-ragu untuk mengadopsi SiC termasuk:

  • Persepsi SiC sebagai teknologi yang belum matang.

  • Menemukan implementasi SiC menantang.

  • Percaya bahwa SiC tidak memiliki kemasan yang cocok untuk aplikasi inverter utama.

  • Dengan asumsi pasokan SiC kurang nyaman dibandingkan dengan perangkat berbasis silikon.

  • Berpikir bahwa SiC lebih mahal dari IGBT.

berita perusahaan terbaru tentang Bagaimana SiC Dapat Memperpanjang Jangkauan Kendaraan Listrik sebesar 5% 1berita perusahaan terbaru tentang Bagaimana SiC Dapat Memperpanjang Jangkauan Kendaraan Listrik sebesar 5% 2

 

Jadi, bagaimana membuat OEM lebih percaya diri dalam menggunakan SiC di inverter utama kendaraan listrik?

Meningkatkan Kepercayaan OEM

 

Langkah pertama dalam meningkatkan kepercayaan OEM dalam menggunakan SiC dalam inverter utama kendaraan listrik adalah dengan menunjukkan keuntungan kinerja yang signifikan yang dapat dicapai dengan SiC.Penulis menggunakan perangkat lunak desain sirkuit untuk mensimulasikan Ansys 'NVXR17S90M2SPB (1.7mΩ Rdson) dan NVXR22S90M2SPB (2.2mΩ Rdson) EliteSiC Power 900V six-pack power module dan membandingkan kinerjanya dengan 820A VE-Trac Direct IGBT (juga dari Ansys).Hasil simulasi untuk desain inverter utama menunjukkan bahwa:

  • Pada frekuensi 10KHz, dengan tegangan bus DC 450V dan transmisi daya 550Arms,Suhu simpang modul SiC (Tvj) (111°C) 21% lebih rendah dari IGBT (142°C) dalam kondisi pendinginan yang sama.

  • Rata-rata kerugian switching untuk NVXR17S90M2SPB berkurang sebesar 34,5%, sementara NVXR22S90M2SPB berkurang sebesar 16,3% dibandingkan dengan IGBT.

  • Kerugian keseluruhan untuk desain inverter utama penuh yang diimplementasikan dengan NVXR17S90M2SPB berkurang lebih dari 40% dibandingkan dengan desain IGBT berbasis silikon,dan kehilangan daya berkurang sebesar 25% ketika menggunakan NVXR22S90M2SPB.

 

berita perusahaan terbaru tentang Bagaimana SiC Dapat Memperpanjang Jangkauan Kendaraan Listrik sebesar 5% 3

 

Meskipun perbaikan ini khusus untuk inverter utama, mereka dapat meningkatkan efisiensi keseluruhan kendaraan listrik sebesar 5%, menghasilkan perpanjangan jangkauan sebesar 5%.kendaraan listrik yang dilengkapi dengan baterai 100kW dan jangkauan 500 kilometer, ketika menggunakan inverter utama berdasarkan modul tenaga EliteSiC Ansys, dapat mencapai jangkauan 525 kilometer.biaya implementasi SiC dalam inverter utama tersebut diharapkan 5% lebih rendah daripada IGBT silikon.

 

 

 

Selain itu, untuk OEM yang mempertimbangkan untuk meninggalkan IGBT,Ansys menawarkan modul SiC dengan ukuran yang sama untuk menyederhanakan integrasi dan menunjukkan peningkatan transmisi daya dalam batasan termal yang samaSelain itu, modul SiC menawarkan keuntungan menangani tingkat daya yang lebih tinggi pada suhu simpang yang sama.sedangkan IGBT (Tvj = 150°C) hanya dapat menyediakan 590ArmsAnsys juga mengikat chip SiC langsung ke substrat tembaga.Mengurangi resistensi termal antara simpang perangkat dan cairan pendingin hingga 20% (Rth simpang ke cairan = 00,08°C/W).

 

Menggunakan paket cetakan bertekanan dengan teknologi interkoneksi canggih lebih meningkatkan kepadatan daya tinggi modul SiC dan mereka memiliki induktansi parasit yang rendah,penting untuk efisiensi switching kecepatan tinggiSelain itu, frekuensi switching yang lebih tinggi dapat menyebabkan pengurangan ukuran dan berat beberapa komponen pasif dalam sistem.jenis kemasan ini menawarkan beberapa pilihan suhu (hingga 200 °C), mengurangi persyaratan manajemen panas OEM dan berpotensi memungkinkan penggunaan pompa yang lebih kecil untuk manajemen panas.