固态电池的突破,Benz关于SiC驱动逆变器评估

几个月前，欧洲的“PCIM Europe 2018”（2018年纽伦堡电力电子系统及元器件展）上面，戴姆勒公司的Alexander Nisch做了讲演，内容我根据发表在IEEE会议里面的合集，我摘录一部分。

备注：400/800V的变革可能比我们想象的更快一些，英飞凌的文件里面说，电动汽车的主要驱动力，我个人划分为电池电芯技术、功率电子技术还有软件和系统集成技术，从2020年开始可能功率电子带着电动汽车走一段，接下来看固态电池的突破了

言归正传《Effects of a SiC TMOSFET tractions inverters on the electric vehicle drivetrain》摘录

逆变器的输出功率密度趋于逐年增加，在保持400 V直流电压的同时，体积越减小，输出电流越大，输出功率密度因此得到改善。

2009年逆变器的体积为4.1 L，单相的最大输出电流为215 A

2012年，同样的3L体积下最大输出电流到了240A

2014年达到3.8升下325 A

2016年，相同的3.3升体积下电流提高到了300A

输出功率密度2012年是2009年的1.6倍，2014年是1.75倍，2016年为1.85倍。这种趋势会持续发展，功率密度有点像摩尔定律了^_^

假定驱动系统的输出为240 kW，开关频率为10 kHz等。与在DC链路电压400V，并使用耐压750V的Si IGBT的情况相比，相同情况下使用800V，或者1200 V的沟槽型MOSFET SiC的时候，电动车辆所需要的驱动能量可以减小数个百分比。

相同情况下使用800V，或者1200 V的沟槽型MOSFET SiC的时候，电动车辆所需要的驱动能量可以减小7.8%

尽管现在基于SiC的电源模块的成本较高，但是在电动汽车上需要考虑在各个层面达到设计目标。英飞凌在Hybridpack DriveTM封装平台上应用SiC ，主要设计目标是：使系统效率提高3％至5％，评估汽车碳化硅模块1200V原型（CoolSiCTM）HybridPack DriveTM版本的，3相（每相由8个并联的SiC TMOSFET组成）

Power scalability with CoolSiCTM Technology related with progressive power module design

Hybridpack DriveTM a) based 750V IGBT/Diode b) based 1200V CoolSiC

1）寿命

在设计SiC MOSFET芯片和模块，这个比较复杂，芯片层面需要平衡RDSON的栅氧化层（GOX）厚度

备注这个我也不懂了^_^

2）功能性

这里主要评估寄生的电感和电容，产生的相应的不平衡的电流和震荡

3)热响应和开关特性

4）仿真和测量特性

成本比较

这里给出了800V SiC和传统的400V IGBT和使用400V做SiC的成本对比，其实类似Model 3这样不是telsa能和ST谈了一个好的价格，做400V SiC的逆变器是很贵的。

从系统层面上，这里更得出了一个总体采用800V SiC器件会更有成本优势的结论。SiC MOSFET比Si IGBT昂贵，逆变器的成本需要增加约20％。在整体的效率得到提升，加上在相同的续航距离内所需电芯的容量减小，逆变器与电芯成本进行综合考虑的话，系统成本大约可以降低约6％。

直流母线电压为400 V应用SiC MOSFET时，WLTP模式下的燃料效率改善仅为6.9％。逆变器的成本增加将超过电芯成本降低部分，系统成本将增加约3％。

小结：这个后续的平台升级，可能是奔驰EQC的最大依仗，后发先至，随着时机的成熟，跑步应用800V的SiC系统来降低能耗。