電機控制器驅動汽車電機時,絕大部分電能都轉化為了機械能,但是還有一小部分被消耗掉了,變成了熱。
這個被消耗掉的部分,一方面是電機本身的損耗,還有一方面,就是電機控制器中功率半導體工作時的損耗,畢竟能源轉化肯定沒辦法做到100%
電機我不太懂,今天主要介紹電機控制器的損耗(逆變器中功率半導體模塊的損耗)
功率半導體模塊一般參數有靜態損耗和動態損耗。靜態主要是IGBT的Vcesat(對MOSFET而言是Rdson)和續流二極管FWD的Vf。動態損耗主要是IGBT/MOSFET的開通損耗Eon,關斷損耗Eoff,還有二極管的反向恢復損耗Erec。
這么多參數,頭都繞暈了,《矛盾論》里面講過,分析事物要抓住主要矛盾,兼顧次要矛盾,那我們來看看,哪個類型的參數對電動汽車的功率損失影響最大?
以最常見的10k Hz工況為例,我們看到,對于Si IGBT模塊來講。
對于Si IGBT器件來說,一共產生了297kW的總發熱,其中IGBT的通態損耗Vcesat占比最大,其次是關斷損耗Eoff,這不是巧了這是,恰巧這倆是最不好對付的。。一般是你優化了這個,另一個指標就變差了。
再看全SiC模塊的表現,全sic器件的發熱就很低了,相比IGBT模塊297的發熱,SiC MOSFET模塊只產生了85W的發熱,逆變器效率大大提升。
那么對于SiC模塊而言,哪個指標才是最重要的呢?看圖
我們看到,SiC的通態損耗占比42.5%,也就是Rdson指標占大頭,其次是MOSFET的開通損耗Eon,然后是關斷損耗Eoff,二極管通態壓降Vf和反向恢復能量Erec。
也就是說,SiC芯片在10K的工作頻率下,決定其性能好壞的關鍵因數是Rdson,這個指標直接決定了SiC芯片的發熱,也就是逆變器的效率,進而影響整車的效率。
當然,SiC比IGBT的效率要高很多,也正是Rdson*I=Vdson在小電流情況下要比IGBT的通態壓降Vcesat天然低(為什么低我們下次談),同時MOSFET是單極型器件,IGBT是雙極型器件,開關損耗也天然比mos高。因此,整體上應用SiC模塊的電動車可以比IGBT模塊的電動車能源效率高大約5%,想象一下,如果是500km的續航,那就可以多跑25km,或者說省4度電的電池成本(4度電的電池成本3000元左右),所以,高端車型上SiC,不僅性能好,科技感,還有實實在在的成本優勢!
(來源:技術田地)