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L'électrification et l'électrification du système d'alimentation automobile sont le seul moyen d'atteindre la neutralité carbone dans le domaine des transports. En tant que première entreprise mondiale de technologie de semi-conducteurs automobiles, Infineon croit fermement à l'idée selon laquelle « zéro émission sera atteinte » et s'engage à promouvoir la réalisation rapide de cet objectif.

Ici, « l'électrification » fait référence au système d'alimentation hybride dans lequel divers modes de moteurs à combustion interne traditionnels coexistent avec des moteurs électriques, tandis que « l'électrification » fait référence au système d'alimentation électrique qui élimine complètement les moteurs à combustion interne traditionnels.Dans le processus d'« électrification » et d'« électrification » de l'automobile, les voies choisies par différents pays et régions, ainsi que par divers constructeurs automobiles, sont similaires, mais tous les chemins mènent au même objectif. Cela inclut à la fois les systèmes micro-hybrides comme le 48 V et les systèmes entièrement hybrides et hybrides rechargeables. Il comprend à la fois les véhicules électriques purs utilisant des batteries lithium-ion comme vecteur d'énergie et les véhicules à pile à combustible utilisant l'hydrogène comme source d'énergie.

Comme nous le savons tous, un système peut être résumé en cinq parties : la perception, le calcul, l'exécution, la communication et l'alimentation électrique.Cet article présentera quelques points de vue et réflexions personnels sur les deux sujets de l'alimentation électrique et de l'exécution dans ces cinq parties..

一 、Piste de tension d'alimentation dans le système d'alimentation du véhicule

À l'heure actuelle, ce que nous pouvons voir dans les voitures particulières, ce sont les systèmes d'alimentation électrique de 12 V, 48 V et haute tension (400 V/800 V).Dans les voitures particulières traditionnelles à moteur à combustion interne, l'alimentation 12 V a été utilisée en permanence et les produits semi-conducteurs correspondants occupent également une grande partie du marché. Selon les prévisions de certaines organisations internationales faisant autorité, les voitures mues uniquement par un moteur à combustion interne se retireront du marché vers 2030. Cependant, compte tenu de l'avantage d'échelle de la chaîne d'approvisionnement en pièces détachées mature du système 12 V et de l'avantage de coût relativement faible des produits semi-conducteurs adaptés à l'application de ce système, le rail d'alimentation 12 V devrait exister pendant longtemps. À ce moment-là, DC-DC remplacera complètement l'alternateur 12 V traditionnel et deviendra l'alimentation pour le chargement de la batterie et l'alimentation de charge dans le système 12 V, ce qui entraînera certains changements dans les caractéristiques du système d'alimentation 12 V, tels que le délestage.
En tant que norme d'alimentation correspondante, elle peut être ajustée en conséquence.Le 48 V, en tant que classe de tension sûre, présente un certain avantage en termes de rentabilité dans les systèmes d'alimentation hybrides en raison de ses exigences de qualité d'isolation inférieures et d'autres facteurs. Avec l'amélioration de la chaîne d'approvisionnement dans le système 48 V, le coût de la production à grande échelle est réduit. Dans le même temps, la standardisation de certaines pièces dans différents véhicules haute tension aide les fournisseurs et les constructeurs automobiles à réduire les coûts de gestion des pièces. De cette manière, le rail d'alimentation 48V peut être introduit non seulement dans les véhicules avec système micro-hybride, mais aussi dans les véhicules à énergie nouvelle avec système haute tension, de sorte que certaines charges de puissance moyenne (par exemple entre 1kW et 10kW) peut fonctionner dans le système d'alimentation 48 V, apportant ainsi l'apparence brillante de l'application d'un convertisseur DC-DC qui convertit la haute tension (400 V/800 V) en 48 V.

Comme trois rails (HT, 48 V, 12 V) coexistent dans le même véhicule, compte tenu de l'architecture, de la sécurité fonctionnelle et du coût de l'ensemble du véhicule, le fait que la topologie du réseau d'alimentation utilise une conversion de tension centralisée ou une conversion de tension distribuée dépendra de la conception du l'ensemble de l'usine de véhicules, et le niveau de puissance et le niveau de sécurité fonctionnelle du DC-DC auront également des exigences différentes.

   

、À propos de "l'exécution"

Comme mentionné ci-dessus, la coexistence de trois rails de tension d'alimentation entraîne des exigences différentes pour les actionneurs sous différents rails de tension, c'est-à-dire des exigences différentes pour les dispositifs d'alimentation à semi-conducteurs. Différents rails de tension nécessitent différents niveaux de tension de tenue pour les dispositifs d'alimentation à semi-conducteurs. Différentes applications nécessitent différents courants de commande et différentes fréquences de commutation pour les dispositifs électriques.

La piste de tension 48 V concentre l'application de niveaux de puissance de 1 kW à 10 kW. Parmi eux, les convertisseurs CC-CC et les onduleurs de moteur sont majoritaires. Compte tenu de la tension de tenue et du niveau de puissance, il s'agit du principal champ de bataille des MOSFET à base de silicium et de GaN. Cependant, à l’heure actuelle, il faudra un certain temps avant que le GaN soit appliqué à l’électronique automobile.

La figure suivante montre certains domaines d'application correspondants des dispositifs électriques en silicium, en carbure de silicium et en nitrure de gallium à titre de référence.

Quant aux dispositifs de puissance utilisés dans les rails à haute tension, le sujet le plus brûlant actuellement est celui du carbure de silicium (SiC). Les dispositifs électriques en carbure de silicium présentent les avantages d'une faible perte de commutation, d'une tension de tenue élevée, d'une température de fonctionnement élevée et d'une capacité de dissipation thermique élevée, de sorte que le système peut fonctionner à une tension et une fréquence plus élevées, réduisant ainsi le volume des composants passifs, réduisant ainsi la perte de puissance. du système et améliorer la densité de puissance du système. Toutefois, d'un autre côté, les dispositifs actuels en carbure de silicium présentent certains inconvénients par rapport à ceux en silicium. Sur la base des résultats complets, nous pensons que les dispositifs électriques en silicium et en carbure de silicium coexisteront dans le futur pendant un certain temps, mettant pleinement en valeur leurs atouts respectifs dans leurs domaines respectifs.

Selon les informations d'analyse et de test d'Infineon, le système d'alimentation utilisant des dispositifs en carbure de silicium peut réduire la perte de puissance d'environ 7.6 % par rapport au système d'alimentation utilisant des dispositifs en silicium au même niveau de puissance, y compris la réduction de la perte de puissance pendant l'entraînement du moteur et la réduction des pertes de puissance lors de la récupération d'énergie du moteur.

La figure suivante est une comparaison d'un ensemble de données expérimentales sur la différence de consommation d'énergie du dispositif d'alimentation lorsque le moteur utilise un IGBT à base de silicium et un MOSFET en carbure de silicium à différentes vitesses de rotation et couples. On peut voir que lorsque la vitesse du moteur est de 2667 tr/min et que le couple de sortie est de 553.3 Nm, la consommation d'énergie de l'IGBT à base de silicium est environ 13 % inférieure à celle du MOSFET en carbure de silicium.

À partir de là, nous pouvons obtenir approximativement les scénarios d'application de l'IGBT à base de silicium et du MSOFET en carbure de silicium dans l'onduleur de commande, comme illustré dans la figure suivante :

L'adoption du schéma « hybride » partagé par l'IBGT à base de silicium et le MOSFET en carbure de silicium peut permettre de tirer pleinement parti de leurs avantages respectifs et d'apprendre des points forts de chacun. Le moteur entraîné par un IGBT à base de silicium peut exploiter pleinement l'avantage d'une perte de puissance inférieure à celle du MOSFET sous un courant élevé, fournissant principalement un couple de sortie élevé, reflétant les performances d'accélération de l'ensemble du véhicule ; Cependant, le moteur entraîné par un MOSFET en carbure de silicium fonctionne davantage en condition de croisière, ce qui améliore l'efficacité d'utilisation de l'énergie. Afin d'atteindre les deux objectifs, et d'avoir à la fois la patte de poisson et la patte d'ours.

Cela peut permettre au véhicule de conserver la même autonomie de croisière tout en réduisant la capacité de la batterie, réduisant ainsi le coût de la batterie, et compensant dans une certaine mesure l'augmentation des coûts provoquée par l'introduction de dispositifs électriques en carbure de silicium. Dans le même temps, la réduction de la capacité de la batterie et l'augmentation de la densité de puissance de l'onduleur peuvent également réduire le poids du véhicule et améliorer l'efficacité énergétique de l'ensemble du véhicule.

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