今日，意法半導(dǎo)體在官微宣布，公司與聚焦于碳化硅（SiC）半導(dǎo)體功率模塊和先進(jìn)電力電子變換系統(tǒng)的中國高科技公司致瞻科技合作，為致瞻科技電動汽車車載空調(diào)中的壓縮機(jī)控制器提供意法半導(dǎo)體第三代碳化硅（SiC）MOSFET技術(shù)。
根據(jù)意法半導(dǎo)體的披露，采用高能效的控制器可為新能源汽車帶來諸多益處，以動力電池容量60kWh~90kWh的中型電動汽車為例，續(xù)航里程可延長5到10公里，在夏冬兩季的效果尤為明顯。
致瞻科技是目前全球唯一一家在新能源汽車400V、800V、1000V平臺上成熟量產(chǎn)基于碳化硅方案的空調(diào)壓縮機(jī)控制器的供應(yīng)商，到2023年底已有可觀出貨量。
意法半導(dǎo)體的第三代1200V SiC MOSFET先進(jìn)技術(shù)具有率先行業(yè)的工藝穩(wěn)定性、性能、能效和可靠性。致瞻科技的電動汽車空調(diào)壓縮機(jī)控制器選用了意法半導(dǎo)體第三代1200V SiC MOSFET技術(shù)，結(jié)合致瞻科技專有的散熱解決方案和熱保護(hù)設(shè)計，可以極大提高電動汽車的熱管理能效，提升空調(diào)壓縮機(jī)的NVH性能（噪音，震動和聲震粗糙度），推動電動壓縮機(jī)系統(tǒng)小型化，并具備更強(qiáng)的持續(xù)降本能力。在保證夏冬季同樣的續(xù)航里程情況下，該方案可以幫助整車廠大幅節(jié)省單車總系統(tǒng)成本。
根據(jù)致瞻科技在2022年底發(fā)布的信息表示，不同于傳統(tǒng)燃油汽車，電動車的空調(diào)系統(tǒng)不僅要承擔(dān)座艙熱管理，還要承擔(dān)電池系統(tǒng)的熱管理，電機(jī)電控的熱管理。而壓縮機(jī)是空調(diào)系統(tǒng)的心臟，其作用是將低溫低壓的氣態(tài)冷媒從低壓側(cè)吸入壓縮，使其溫度和壓力升高，再泵入高壓側(cè)成為高溫高壓的氣態(tài)冷媒，由此往復(fù)循環(huán)，實現(xiàn)外部環(huán)境熱量和汽車系統(tǒng)熱量換熱的作用。
類比于電動汽車的三合一主驅(qū)系統(tǒng)，電動空調(diào)其實也是一個“小三合一”系統(tǒng)，其包括逆變器，永磁同步電機(jī)，機(jī)械渦旋結(jié)構(gòu)三大部件。
針對逆變器部件，目前市場上主流的方案采用三相全橋拓?fù)洌β势骷嗖捎?/span>TO247封裝的IGBT單管或者基于IGBT的IPM模塊，以實現(xiàn)對壓縮機(jī)在不同工況下的轉(zhuǎn)速控制。
圖1: 電動空調(diào)壓縮機(jī)系統(tǒng)框圖
針對車用電動空調(diào)的應(yīng)用，致瞻科技團(tuán)隊經(jīng)過分析得出以下結(jié)論：針對純電動汽車，尤其是針對800V電壓平臺，電動空調(diào)壓縮機(jī)控制器的首選方案將是SiC MOSFET方案，傳統(tǒng)的IGBT方案很難與之競爭。
當(dāng)然，由于行業(yè)的固有慣性以及目前熱管理行業(yè)較為粗放的設(shè)計水平，800V的IGBT方案在初期或許會占有相當(dāng)?shù)姆蓊~。但隨著國內(nèi)SiC方案設(shè)計開發(fā)能力的提高，基于IGBT的傳統(tǒng)方案會被SiC方案逐步蠶食。
致瞻科技表示，空調(diào)壓縮機(jī)的輕載工況極適合SiC MOSFET器件：
800V平臺電動車平臺得以推廣的最重要的原因是：能夠通過快充和超充來實現(xiàn)較短的充電時間，降低用戶的續(xù)航里程焦慮，提升用戶的使用體驗。將來主流的超充能夠使得動力電池在12~15min內(nèi)從20%充到80%的電量。在這一過程中，動力電池會在短時間內(nèi)急劇升溫，這就需要大功率800V電動空調(diào)壓縮機(jī)給動力電池快速降溫，以確保充電的安全和效率。在這種場景下，空調(diào)壓縮機(jī)的功率能力需要設(shè)計在峰值10kW左右。
然而電動汽車用戶在日常使用多處于輕載工況：春秋季的壓縮機(jī)功率消耗一般在300~1000W, 夏冬季多在1000~2500W，非常適合SiC MOSFET器件的優(yōu)勢發(fā)揮：其單極性導(dǎo)通特性使得導(dǎo)通損耗較低，較高的開關(guān)切換速度以及低反向恢復(fù)損耗的體二極管特性使得開關(guān)損耗急劇降低。
相比之下，硅基的IGBT器件及其反并聯(lián)換流二極管作為一種雙極性器件，需要通過較強(qiáng)的電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)來降低通態(tài)壓降（尤其針對1200V及以上高電壓器件），但與此同時也造成明顯的拖尾電流和更高的反向恢復(fù)電荷，從而造就較高的關(guān)斷損耗，反向恢復(fù)損耗以及開通損耗。
致瞻科技團(tuán)隊分別針對400V以及800V電壓平臺的電動空調(diào)壓縮機(jī)控制器在同樣的運(yùn)行工況（同樣電壓、電流、功率因數(shù)、調(diào)制因數(shù)以及開關(guān)頻率等）下進(jìn)行了量化評估：
1.針對400V電壓平臺，在輕載情況下，SiC MOSFET方案在開關(guān)損耗以及開通損耗均有明顯優(yōu)勢，整體損耗僅為傳統(tǒng)IGBT方案的17%~29%；重載情況下主要表現(xiàn)為開關(guān)損耗優(yōu)勢明顯，整體損耗為傳統(tǒng)IGBT方案的40%左右。
2.針對800V電壓平臺，因1200V IGBT器件以及反并聯(lián)二極管開關(guān)損耗特性較差，SiC MOSFET方案的優(yōu)勢更為明顯。輕載情況下整體損耗僅為傳統(tǒng)IGBT IPM方案的11%~17%，而在重載工況下則變?yōu)?/span>23%~27%左右。
400V電壓平臺IGBT方案和SiC MOSFET方案功率器件損耗對比
800V電壓平臺IGBT方案和SiC MOSFET方案功率器件損耗對比
除此之外，SiC MOSFET方案在擴(kuò)寬壓縮機(jī)的運(yùn)行邊界，NVH性能提升，促進(jìn)電動空調(diào)壓縮機(jī)系統(tǒng)的小型化及持續(xù)降本能力方面具有優(yōu)勢，致瞻科技表示：“針對電動汽車空調(diào)壓縮機(jī)應(yīng)用，從整車系統(tǒng)來分析，SiC MOSFET方案其實遠(yuǎn)比傳統(tǒng)IGBT方案更具性價比。”
針對此次與意法半導(dǎo)體的合作，致瞻科技總經(jīng)理史經(jīng)奎博士表示：“通過創(chuàng)新技術(shù)推動可持續(xù)發(fā)展是致瞻科技與ST共同的目標(biāo)。我們通過與ST的深入合作，將ST在SiC器件領(lǐng)域的先進(jìn)優(yōu)勢與致瞻科技的創(chuàng)新設(shè)計和先進(jìn)工藝相結(jié)合，加快了電動汽車空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)計創(chuàng)新，實現(xiàn)了在性能、能效和續(xù)航里程等方面的突破。未來，雙方將持續(xù)擴(kuò)大合作，為中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展做出貢獻(xiàn)?！?/span>
意法半導(dǎo)體是SiC技術(shù)領(lǐng)域的先行者，具備先進(jìn)的碳化硅生產(chǎn)技術(shù)和完整的產(chǎn)品垂直整合供應(yīng)鏈。在汽車和工業(yè)領(lǐng)域，ST已同眾多優(yōu)秀企業(yè)開展廣泛合作，產(chǎn)品可靠性受到行業(yè)普遍認(rèn)可。同時，意法半導(dǎo)體還在持續(xù)投入擴(kuò)大產(chǎn)能，并不斷提升碳化硅制造技術(shù)。
意法半導(dǎo)體執(zhí)行副總裁、中國區(qū)總裁曹志平表示：“意法半導(dǎo)體持續(xù)25年專注于碳化硅領(lǐng)域的研發(fā)投入，擁有大量關(guān)鍵技術(shù)專利組合。ST的SiC技術(shù)已被廣泛用于電動汽車車載充電、電驅(qū)逆變器和直流-直流變換器（DC-DC）。現(xiàn)在，很高興看到我們的SiC技術(shù)賦能致瞻科技，成功實現(xiàn)了業(yè)內(nèi)首個電動汽車空調(diào)壓縮機(jī)控制器設(shè)計創(chuàng)新。意法半導(dǎo)體將繼續(xù)在推動中國汽車電氣化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型中發(fā)揮重要作用，為支持汽車節(jié)能行動貢獻(xiàn)一份力量?！?/span>
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