最近 Jason 同学比较忙,我就代替他写一下 SiC 的应用情况,在国内 BYD 和 Shinry 在应用上走的比较快,在 Jeffrey B. Casady 博士的《Silicon Carbide in Automotive》内,有过一张图。

 

BYD 搞这个大部是多串联电池撑起了高电压,提升系统的效率

 

  

Shinry 搞这个是因为国内大巴电池大容量(高额补贴的需求)需要使用较高的电压

 

the Cree C2M0080120D 1200 V SiC MOSFET was designed into the HEV/EV power converter in an HEV/EV bus using a 750 V DC input and 27 V DC output with an active clamp topology.

 

The DC-DC topology with SiC MOSFET is active clamp forward topology.

 

SiC MOSFET 的改进在于

   

效率提升 raising efficiency from 88 % to 96 %(reduced peak power losses by 60 %)

   

体积下降 reducing size and weight by 25 % to 60%,

   

散热容易 eliminating cooling fans, which realized reductions in both cost and audible noise

 

这个简单些,等 Jason 一段时间来解释下。

    

今天重点还是谈谈车载充电机,我们来谈《Low-Cost, Highly Integrated, Silicon Carbide Multi-Chip Power Modules for Plug-in Hybrid Electric Vehicles》的项目

 


1)丰田设计的充电机

丰田的设计是挺有趣的,为了设计一个风冷的充电机,采用了较大的 Volume,由于丰田的电池系统实在太小,所以某种意义上,其实也是

 


第一代 Prius PHV 的客户一下就充电完成了,很快的

   

可充的能量为 3Kwh

   

最大功率输出为 2.3Kwh

 


所以这个 Charger 设计的也是

   

电感和变压器占据了很大的一部分

 


2)APEI 的东西:前面那张图就已经很夸张了

   

非常小 1.3L

   

非常轻 1.4kg

   

98%的交流到直流效率

   

96%的 DC-DC 的效率

 


用的是普通的移相全桥

 


移相全桥这块是之前大家比较一致的想法,如 LEAF 的第二代 6.6KW 的充电机

 

 

和当时我做充电机时候的一些笔记

 


PSFB 的理想情况

 


3)效率对比

LEAF 系统在 6KW 以上达到 90%的效率

 


对比下 SiC 的情况,效率提升 4%~5%

 


其中损耗分布,这里还有一些优化的空间

 


当然,单纯的车载充电机是不是这么走还能难说,有几个发展方向:  

11KW 的交流三相充电机

   

车载充电机和 DCDC 集成

   

车载充电机复用逆变器前端,在和 DCDC 集成

   

车载充电机和无线充电复用后级 DC-DC 端

 

明日可以把相关的方向再系统的梳理下。

 

小结:

SiC 带来的差距,车载充电机由于效率直接和客户的钱有关系,电池包加入 10kwh,效率损耗差距 5%,相当于 0.5Kwh 每次充电(钱是不多啦,5 毛钱)

   

SiC 带来的核心优势,可以做得更小,可以省却液冷冷却系统和降低布置难度,这事还是很直接的影响。

 

参考文件

A High-Density, High-Efficiency, Isolated On-Board Vehicle Battery Charger Utilizing Silicon Carbide Power Devices

 

Verification of High Frequency SiC On-Board Vehicle Battery Charger for PHV