在全球倡導(dǎo)綠色出行與可持續(xù)發(fā)展的大背景下，電動(dòng)汽車(chē)(EV)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，成為汽車(chē)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要方向。隨著電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的迅速擴(kuò)張，消費(fèi)者對(duì)其性能的要求也日益提高，其中充電速度和續(xù)航里程成為關(guān)注焦點(diǎn)。為了滿足這些需求，汽車(chē)制造商不斷探索新技術(shù)，碳化硅(SiC)材料及其相關(guān)功率器件應(yīng)運(yùn)而生，并在推動(dòng)車(chē)載充電技術(shù)隨電壓等級(jí)提高方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

碳化硅的卓越性能

碳化硅，作為第三代半導(dǎo)體材料的杰出代表，具有一系列超越傳統(tǒng)硅基材料的優(yōu)異性能。首先，碳化硅擁有更高的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度，這意味著它能夠承受更高的電壓，例如在 800V 甚至 1200V 的高壓平臺(tái)下仍能穩(wěn)定工作，而傳統(tǒng)硅基 IGBT 在面對(duì)如此高電壓時(shí)已接近性能極限。其次，碳化硅的熱導(dǎo)率高，約為硅材料的 3 倍，這使得它在工作過(guò)程中能夠更有效地散熱，降低器件溫度，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。再者，碳化硅器件的開(kāi)關(guān)速度快，開(kāi)關(guān)損耗低。在關(guān)斷時(shí)，碳化硅 MOSFET 無(wú)拖尾電流，可顯著降低損耗;其高開(kāi)關(guān)頻率特性，不僅能降低能耗，還因?yàn)閷?duì)散熱效率要求相對(duì)較低，可減輕驅(qū)動(dòng)零部件和散熱零部件的重量和體積，進(jìn)而降低周邊器件成本。此外，在車(chē)輛勻速和輕載情況下，碳化硅的低損耗特性可提升 5%-10% 的續(xù)航里程。

碳化硅在車(chē)載充電系統(tǒng)中的關(guān)鍵應(yīng)用

車(chē)載充電器(OBC)的變革

OBC 作為電動(dòng)汽車(chē)的核心零部件，直接決定了車(chē)輛充電的安全性與穩(wěn)定性，其功率密度對(duì)整車(chē)重量、續(xù)航里程及充電時(shí)間等有著重要影響。傳統(tǒng) OBC 多采用硅基功率器件，在提升功率和效率方面面臨瓶頸。而碳化硅功率器件的應(yīng)用為 OBC 帶來(lái)了革命性變化。

在 OBC 的典型線路結(jié)構(gòu)中，前級(jí)功率因數(shù)校正(PFC)線路和后級(jí) DC/DC 輸出線路均可使用碳化硅二極管。碳化硅二極管的反向恢復(fù)電流 IR 接近為零，在 PFC 線路中使用可提升線路效率;其在 QC 和 VF 兩個(gè)主要參數(shù)上的優(yōu)勢(shì)，使其在后級(jí)輸出線路中能提升輸出整流的效率。隨著電池電壓的提升，OBC 后級(jí)輸出電壓相應(yīng)升高，配合從單相 220V 到三相 380V 的發(fā)展趨勢(shì)，DC/DC 次級(jí)器件從 650V 二極管轉(zhuǎn)變?yōu)?1200V 產(chǎn)品，這使得 1200V 系列的 SiC MOS 材料成為必然選擇。例如，現(xiàn)有車(chē)載電源廠家在生產(chǎn)三相 12kW 以上的 OBC 時(shí)，已陸續(xù)采用 SiC MOS 作為 DC/DC 輸入級(jí)開(kāi)關(guān)管，SiC MOS 有望成為未來(lái)三相 12kW 以上 OBC 產(chǎn)品的主要用料。采用碳化硅技術(shù)可將 OBC 的額定功率提升至 22kW 甚至更高，大幅縮短充電時(shí)間。

高壓快充的實(shí)現(xiàn)

當(dāng)下，高壓快充已成為眾多主流車(chē)企布局電動(dòng)化的重要路線。800V 高壓碳化硅平臺(tái)的出現(xiàn)，為實(shí)現(xiàn)快充提供了有力支撐。采用更高的電壓等級(jí)，在同等功率下，系統(tǒng)電流可減小，例如采用 800V 電壓平臺(tái)的電動(dòng)汽車(chē)，系統(tǒng)電流可比 400V 電壓平臺(tái)更小，使得高壓線束直徑能做得更細(xì)，減輕線束重量和體積，進(jìn)而提升整車(chē)?yán)m(xù)航能力。同時(shí)，更高的電壓能顯著提高充電速度。而要構(gòu)建 800V 及以上的高壓平臺(tái)，碳化硅功率器件是關(guān)鍵。相比硅基 IGBT，碳化硅材料的耐高溫、高壓、高頻特性使其成為 800V 電壓平臺(tái)下功率器件的首選。眾多車(chē)企紛紛布局，如小鵬 G6 搭載了 800V 碳化硅高壓平臺(tái)，理想汽車(chē)研發(fā)了 800V 高壓平臺(tái)并推出標(biāo)配碳化硅電控的易四方平臺(tái)，小米汽車(chē) SU7 全系采用碳化硅高壓平臺(tái)等。

碳化硅推動(dòng)車(chē)載充電技術(shù)發(fā)展的意義與前景

碳化硅功率器件在車(chē)載充電技術(shù)中的應(yīng)用，具有多重重要意義。從用戶體驗(yàn)角度看，顯著縮短的充電時(shí)間和提升的續(xù)航里程，有效緩解了消費(fèi)者的 “里程焦慮”，使電動(dòng)汽車(chē)的使用更加便捷，與傳統(tǒng)燃油車(chē)在加油便利性上的差距進(jìn)一步縮小，有助于加速電動(dòng)汽車(chē)的普及。從產(chǎn)業(yè)發(fā)展角度，推動(dòng)了整個(gè)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈的升級(jí)。為滿足碳化硅器件的應(yīng)用需求，上游的碳化硅原材料生產(chǎn)、中游的芯片制造及下游的模塊封裝等環(huán)節(jié)都將迎來(lái)技術(shù)革新與產(chǎn)業(yè)擴(kuò)張，帶動(dòng)相關(guān)企業(yè)加大研發(fā)投入，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步與規(guī)模效應(yīng)形成，降低成本。從能源利用角度，碳化硅器件的高效率減少了充電過(guò)程中的能源浪費(fèi)，提高了能源轉(zhuǎn)換效率，符合全球節(jié)能減排的發(fā)展趨勢(shì)。

展望未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步與成本的逐步降低，碳化硅在車(chē)載充電領(lǐng)域的應(yīng)用將更加廣泛深入。一方面，隨著電池電壓向更高等級(jí)發(fā)展，如 1200V 甚至更高，碳化硅功率器件將憑借其優(yōu)異性能持續(xù)發(fā)揮關(guān)鍵作用，推動(dòng)車(chē)載充電技術(shù)邁向更高水平。另一方面，雙向充電技術(shù)的發(fā)展也離不開(kāi)碳化硅器件的支持。雙向 OBC 能夠?qū)崿F(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)與電網(wǎng)之間的雙向能量傳輸，使電動(dòng)汽車(chē)可作為移動(dòng)儲(chǔ)能設(shè)備，在電網(wǎng)高峰期向電網(wǎng)反饋電能，或在家庭應(yīng)急時(shí)提供電力，增加能源使用的靈活性和效率，而碳化硅器件的高耐壓、高開(kāi)關(guān)速度等特性為雙向充電技術(shù)的高效穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。

綜上所述，碳化硅憑借其獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)，正成為推動(dòng)車(chē)載充電技術(shù)隨電壓等級(jí)提高而發(fā)展的核心力量，為電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展注入強(qiáng)大動(dòng)力，開(kāi)啟電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的新篇章。