安川電機(jī)試制出了利用SiC功率元件的電動(dòng)汽車(EV)行駛系統(tǒng)。該系統(tǒng)由行駛馬達(dá)及馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)部構(gòu)成。通過在驅(qū)動(dòng)部采用SiC功率元件，使得驅(qū)動(dòng)部的體積縮小到了原產(chǎn)品的一半以下。

　　此次展出的試制品以安川電機(jī)已經(jīng)投產(chǎn)的電動(dòng)汽車行駛系統(tǒng)”QMET”為原型。安川電機(jī)為馬達(dá)及逆變器元件的大型供應(yīng)商，由于該公司在行駛系統(tǒng)上采用了SiC功率元件，因此在”第二屆EV及HEV驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)展”上該公司的展位前，眾多參觀者紛紛前來觀看試制品。

　　QMET的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)部由根據(jù)馬達(dá)轉(zhuǎn)速來切換線圈的電路及逆變器構(gòu)成。線圈切換電路是安川電機(jī)的自主技術(shù)。據(jù)安川電機(jī)介紹，采用該技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)在低轉(zhuǎn)速區(qū)到高轉(zhuǎn)速區(qū)的所有區(qū)域內(nèi)高效行駛。

　　安川電機(jī)的電動(dòng)汽車行駛系統(tǒng)”QMET”由行駛馬達(dá)、逆變器及馬達(dá)的線圈切換電路等驅(qū)動(dòng)部構(gòu)成(a，b)。通過將驅(qū)動(dòng)部使用的功率元件由原來的Si制切換成SiC制，使驅(qū)動(dòng)部的體積縮小到了原來的一半以下(c)。

　　現(xiàn)有的QMET在逆變器的主電路及馬達(dá)的線圈切換電路上分別利用IGBT及稱為功率二極管的Si制功率元件。此次將IGBT替換成了SiC MOSFET，功率二極管替換成了SiC肖特基二極管(SBD)。此次采用的均為羅姆的開發(fā)品(表1)。通過采用SiC功率元件，逆變器整體體積縮小到了原來的約1/3，線圈切換電路的體積縮小到了原來的一半以下。因此，由二者構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)部的體積縮小到了原來的一半以下。

　　共用水冷機(jī)構(gòu)

　　通過采用SiC功率元件可使逆變器及線圈切換線路實(shí)現(xiàn)小型化的理由大致有兩個(gè)。第一個(gè)理由是可大幅削減電力損失。這是因?yàn)榘l(fā)熱量會(huì)隨著電力損失削減而減少，即使小型化導(dǎo)致熱容減少，溫度也不易升高。第二個(gè)理由是，SiC功率元件即使在200℃高溫下也能工作。這樣，可使熱容進(jìn)一步減少，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)小型化。

　　安川電機(jī)在利用SiC的這些特性的同時(shí)，還為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)逆變器及線圈切換電路的小型化進(jìn)行了精心改進(jìn)。逆變器方面，將現(xiàn)有QMET利用的大型薄膜電容器切換成了小型層疊陶瓷電容器。

　　線圈切換部簡化了冷卻機(jī)構(gòu)。此前一直配置專用的水冷機(jī)構(gòu)，但此次省去了這一機(jī)構(gòu)，而是共用馬達(dá)側(cè)的水冷機(jī)構(gòu)。即在鋁(Al)制散熱基板上配置SiC功率元件模塊，將模塊釋放的熱通過散熱基板傳導(dǎo)至馬達(dá)側(cè)的水冷機(jī)構(gòu)，使其冷卻。

　　由于SiC功率元件可在高溫下工作，因此能夠簡化冷卻機(jī)構(gòu)(a)。此次省去了線圈切換電路部的水冷機(jī)構(gòu)，取而代之的是在Al制散熱基板上配置了SiC功率元件模塊(b)。

　　采用SiC二極管已基本敲定

　　據(jù)安川電機(jī)介紹，此次的試制品是為了驗(yàn)證SiC功率元件的潛在能力?，F(xiàn)已確認(rèn)可以實(shí)際工作，但面向電動(dòng)汽車配備時(shí)需要進(jìn)行可靠性試驗(yàn)及長時(shí)間驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)等，這些試驗(yàn)將在今后實(shí)施。也就是說，該SiC功率元件還無法立即配備于電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)部。

　　不過，可以肯定地說今后SiC功率元件將逐漸替代現(xiàn)有的Si功率元件。在驅(qū)動(dòng)部使用的二極管及晶體管中，估計(jì)首先會(huì)從二極管開始改用SiC。這是因?yàn)镾i二極管因技術(shù)原因，用于延長電動(dòng)汽車行駛距離時(shí)不斷要求的損失削減正接近極限的緣故?！倍O管的構(gòu)造比較簡單，所以很難再通過削減損失來提高性能。不改變半導(dǎo)體材料，這個(gè)問題就無法解決”(多位精通逆變器的技術(shù)人員)。

　　SiC二極管從最初投產(chǎn)到現(xiàn)在已有約10年時(shí)間，其價(jià)格的下降使其已可在空調(diào)上應(yīng)用。即使算上汽車用產(chǎn)品的可靠性試驗(yàn)時(shí)間，2015年之前開始配備SiC二極管也沒什么奇怪的。

　　預(yù)計(jì)SiC在晶體管上的應(yīng)用會(huì)晚于二極管。這是因?yàn)?，Si IGBT及功率MOSFET的性能今后還將不斷提高，并且SiC MOSFET在2010年年底才剛投產(chǎn)。

　　(編輯/李艷嬌)

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