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La electrificación y la electrificación del sistema energético de los automóviles es la única forma de lograr la neutralidad de carbono en el campo del transporte. Como la primera empresa de tecnología de semiconductores para automóviles del mundo, Infineon cree firmemente en la idea de que "se lograrán cero emisiones" y está comprometida a promover la pronta realización de este objetivo.

Aquí, "electrificación" se refiere al sistema de energía híbrido en el que varios modos de motores de combustión interna tradicionales coexisten con motores eléctricos, mientras que "electrificación" se refiere al sistema de energía de propulsión eléctrica que elimina por completo los motores de combustión interna tradicionales.En el proceso de "electrificación" y "electrificación" de los automóviles, los caminos elegidos por varios países y regiones, así como por varios fabricantes de automóviles, son similares, pero todos los caminos conducen al mismo objetivo. Esto incluye tanto sistemas microhíbridos como los de 48 V como sistemas totalmente híbridos e híbridos enchufables. Incluye tanto los vehículos eléctricos puros que utilizan baterías de iones de litio como portadores de energía como los vehículos de pila de combustible que utilizan hidrógeno como fuente de energía.

Como todos sabemos, un sistema se puede resumir en cinco partes: percepción, cálculo, ejecución, comunicación y suministro de energía.Este artículo presentará algunas opiniones y pensamientos personales sobre los dos temas de suministro de energía y ejecución en estas cinco partes..

una,Pista de tensión de alimentación en el sistema de alimentación del vehículo.

Actualmente lo que podemos ver en los turismos son los sistemas de alimentación de 12V, 48V y alta tensión (400V/800V).En los turismos tradicionales con motor de combustión interna, se ha utilizado siempre una fuente de alimentación de 12 V y los productos semiconductores correspondientes también ocupan una gran parte del mercado. Según las previsiones de algunas organizaciones internacionales autorizadas, los automóviles propulsados únicamente por motores de combustión interna se retirarán del mercado alrededor de 2030. Sin embargo, considerando la ventaja de escala de la cadena de suministro de piezas madura del sistema de 12 V y la ventaja de costo relativamente bajo de los productos semiconductores adecuados para la aplicación de este sistema, el riel de suministro de energía de 12 V debería existir durante mucho tiempo. En ese momento, DC-DC reemplazará por completo al alternador tradicional de 12 V y se convertirá en la fuente de alimentación para la carga de la batería y la fuente de alimentación de carga en el sistema de 12 V, lo que provocará algunos cambios en las características del sistema de suministro de energía de 12 V, como el deslastre de carga.
Como estándar de fuente de alimentación correspondiente, se puede ajustar en consecuencia.48 V, como clase de voltaje segura, tiene cierta ventaja rentable en sistemas de energía híbridos debido a sus requisitos de grado de aislamiento más bajos y otros factores. Con la mejora de la cadena de suministro en el sistema de 48V, se reduce el costo de producción a gran escala. Al mismo tiempo, la estandarización de algunas piezas en diferentes vehículos de alto voltaje ayuda a proveedores y fabricantes de vehículos a reducir el coste de gestión de piezas. De esta forma, el carril de alimentación de 48V podrá introducirse no sólo en vehículos con sistema microhíbrido, sino también en vehículos de nuevas energías con sistema de alta tensión, de modo que algunas cargas de media potencia (por ejemplo, entre 1kW y 10kW) puede funcionar en el sistema de suministro de energía de 48 V, brindando así la apariencia brillante de la aplicación del convertidor DC-DC que convierte alto voltaje (400 V/800 V) a 48 V.

Como coexisten tres rieles (HV, 48V, 12V) en el mismo vehículo, considerando la arquitectura, la seguridad funcional y el costo de todo el vehículo, si la topología de la red de suministro de energía utiliza conversión de voltaje centralizada o conversión de voltaje distribuida dependerá del diseño del Toda la fábrica de vehículos, y el nivel de potencia y el nivel de seguridad funcional de DC-DC también tendrán diferentes requisitos.

   

SegundoAcerca de la "ejecución"

Como se mencionó anteriormente, la coexistencia de tres rieles de voltaje de suministro de energía conduce a diferentes requisitos para actuadores bajo diferentes rieles de voltaje, es decir, diferentes requisitos para dispositivos de potencia semiconductores. Los diferentes rieles de voltaje requieren diferentes niveles de voltaje soportado para los dispositivos de potencia semiconductores. Diferentes aplicaciones requieren diferentes corrientes impulsoras y diferentes frecuencias de conmutación para los dispositivos de potencia.

La pista de voltaje de 48V concentra la aplicación de niveles de potencia de 1kW a 10kW. Entre ellos, DC-DC y motor inversor son mayoría. Teniendo en cuenta la tensión soportada y el nivel de potencia, este es el principal campo de batalla de los MOSFET y GaN basados en silicio. Sin embargo, en la actualidad, llevará algún tiempo aplicar el GaN en la electrónica del automóvil.

La siguiente figura muestra algunos campos de aplicación correspondientes de dispositivos de energía de silicio, carburo de silicio y nitruro de galio como referencia.

En cuanto a los dispositivos de potencia utilizados en los ferrocarriles de alta tensión, el tema más candente actualmente es el carburo de silicio (SiC). Los dispositivos de potencia de carburo de silicio tienen las ventajas de una baja pérdida de conmutación, un alto voltaje soportado, una alta temperatura de trabajo y una alta capacidad de disipación de calor, de modo que el sistema puede funcionar a un voltaje más alto y una frecuencia más alta, reduciendo así el volumen de los componentes pasivos y reduciendo la pérdida de energía. del sistema y mejorando la densidad de potencia del sistema. Sin embargo, por otro lado, los dispositivos actuales fabricados con carburo de silicio tienen algunas desventajas en comparación con los fabricados con silicio. Con base en los resultados integrales, creemos que los dispositivos de energía de silicio y carburo de silicio coexistirán en el futuro durante bastante tiempo, aprovechando al máximo sus respectivas fortalezas en sus respectivos campos.

Según el análisis y la información de prueba de Infineon, el sistema de energía que utiliza dispositivos de carburo de silicio puede reducir la pérdida de energía en aproximadamente un 7.6 % en comparación con el sistema de energía que utiliza dispositivos de silicio al mismo nivel de potencia, incluida la reducción de la pérdida de energía durante la conducción del motor y la Reducción de la pérdida de potencia durante la recuperación de energía del motor.

La siguiente figura es una comparación de un conjunto de datos experimentales de la diferencia de consumo de energía del dispositivo de potencia cuando el motor utiliza IGBT basado en silicio y MOSFET de carburo de silicio a diferentes velocidades de rotación y pares. Se puede ver que cuando la velocidad del motor es de 2667 rpm y el par de salida es de 553.3 Nm, el consumo de energía del IGBT basado en silicio es aproximadamente un 13 % menor que el del MOSFET de carburo de silicio.

A partir de esto, podemos obtener aproximadamente los escenarios de aplicación del IGBT basado en silicio y el MSOFET de carburo de silicio en el inversor de accionamiento, como se muestra en la siguiente figura:

La adopción del esquema "híbrido" compartido por el IBGT basado en silicio y el MOSFET de carburo de silicio puede aprovechar al máximo sus respectivas ventajas y aprender de los puntos fuertes de cada uno. El motor impulsado por IGBT basado en silicio puede aprovechar al máximo la ventaja de una menor pérdida de potencia que el MOSFET bajo alta corriente, proporcionando principalmente una salida de alto torque, lo que refleja el rendimiento de aceleración de todo el vehículo; Sin embargo, el motor impulsado por MOSFET de carburo de silicio funciona más en condiciones de crucero, lo que mejora la eficiencia de utilización de la energía. Para lograr ambos fines, y tener tanto pez como pata de oso.

Esto puede hacer que el vehículo mantenga el mismo rango de crucero mientras reduce la capacidad de la batería, reduciendo así el costo de la batería y compensando en cierta medida el aumento de costos causado por la introducción de dispositivos de energía de carburo de silicio. Al mismo tiempo, la reducción de la capacidad de la batería y el aumento de la densidad de potencia del inversor también pueden reducir el peso del vehículo y mejorar la eficiencia de utilización de energía de todo el vehículo.

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