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A eletrificação e eletrificação do sistema de energia automotiva é a única maneira de alcançar a neutralidade de carbono na área de transportes. Como a primeira empresa mundial de tecnologia de semicondutores automotivos, a Infineon acredita firmemente na visão de que “será alcançada zero emissão” e está comprometida em promover a realização antecipada deste objetivo.

Aqui, "eletrificação" refere-se ao sistema de energia híbrido em que vários modos de motores de combustão interna tradicionais coexistem com motores elétricos, enquanto "eletrificação" refere-se ao sistema de energia de acionamento elétrico que elimina completamente os motores de combustão interna tradicionais.No processo de “eletrificação” e “eletrificação” dos automóveis, os caminhos escolhidos por vários países e regiões, bem como por vários fabricantes de automóveis, são semelhantes, mas todos os caminhos levam ao mesmo objetivo. Isso inclui sistemas micro-híbridos, como 48V, e sistemas totalmente híbridos e híbridos plug-in. Inclui tanto veículos eléctricos puros que utilizam baterias de iões de lítio como transportadores de energia como veículos com células de combustível que utilizam hidrogénio como fonte de energia.

Como todos sabemos, um sistema pode ser resumido em cinco partes: percepção, cálculo, execução, comunicação e alimentação.Este artigo apresentará algumas opiniões e pensamentos pessoais sobre os dois tópicos de fornecimento de energia e execução nessas cinco partes..

você,Faixa de tensão de alimentação no sistema de alimentação do veículo

Atualmente, o que podemos observar nos automóveis de passageiros são os sistemas de alimentação de 12V, 48V e alta tensão (400V/800V).Nos automóveis de passageiros com motor de combustão interna tradicionais, a fonte de alimentação de 12 V tem sido usada o tempo todo, e os produtos semicondutores correspondentes também ocupam grande parte do mercado. De acordo com as previsões de algumas organizações internacionais competentes, os automóveis movidos exclusivamente por motores de combustão interna serão retirados do mercado por volta de 2030. No entanto, considerando a vantagem de escala da cadeia de fornecimento de peças madura do sistema de 12 V e a vantagem de custo relativamente baixo dos produtos semicondutores adequados para a aplicação deste sistema, o barramento de alimentação de 12 V deve existir por um longo tempo. Naquela época, o DC-DC substituirá completamente o alternador tradicional de 12V e se tornará a fonte de alimentação para carregamento de baterias e alimentação de carga no sistema de 12V, o que trará algumas mudanças nas características do sistema de alimentação de 12V, como redução de carga.
Como padrão de fonte de alimentação correspondente, ele pode ser ajustado de acordo.48V, como uma classe de tensão segura, tem uma certa vantagem econômica no sistema de energia híbrido devido aos seus requisitos de menor grau de isolamento e outros fatores. Com a melhoria da cadeia de abastecimento no sistema 48V, o custo de produção em larga escala é reduzido. Ao mesmo tempo, a padronização de algumas peças em diferentes veículos de alta tensão ajuda fornecedores e fabricantes de veículos a reduzir o custo de gestão de peças. Desta forma, a calha de alimentação de 48V poderá ser introduzida não só em veículos com sistema micro-híbrido, mas também em veículos de novas energias com sistema de alta tensão, para que algumas cargas de média potência (por exemplo, entre 1kW e 10kW) pode funcionar no sistema de alimentação de 48V, trazendo assim o aspecto brilhante da aplicação do conversor DC-DC que converte alta tensão (400V/800V) em 48V.

Como três trilhos (AT, 48V, 12V) coexistem no mesmo veículo, considerando a arquitetura, a segurança funcional e o custo de todo o veículo, se a topologia da rede de alimentação utiliza conversão de tensão centralizada ou conversão de tensão distribuída dependerá do projeto do toda a fábrica de veículos, e o nível de potência e o nível de segurança funcional do DC-DC também terão requisitos diferentes.

   

II.Sobre "execução"

Conforme mencionado acima, a coexistência de três barramentos de tensão de alimentação leva a diferentes requisitos para atuadores sob diferentes barramentos de tensão, ou seja, diferentes requisitos para dispositivos de potência semicondutores. Diferentes trilhos de tensão exigem diferentes níveis de tensão suportável para dispositivos de energia semicondutores. Diferentes aplicações requerem diferentes correntes de acionamento e diferentes frequências de comutação para dispositivos de potência.

A faixa de tensão de 48V concentra a aplicação de níveis de potência de 1kW a 10kW. Entre eles, DC-DC e inversor motorizado são a maioria. Considerando a tensão suportável e o nível de potência, este é o principal campo de batalha do MOSFET e GaN baseados em silício. No entanto, atualmente, levará algum tempo para que o GaN seja aplicado na eletrônica automotiva.

A figura a seguir mostra alguns campos de aplicação correspondentes de dispositivos de potência de silício, carboneto de silício e nitreto de gálio para referência.

Quanto aos dispositivos de energia utilizados em trilhos de alta tensão, o tema mais quente atualmente é o carboneto de silício (SiC). Dispositivos de potência de carboneto de silício têm as vantagens de baixa perda de comutação, alta tensão suportável, alta temperatura de trabalho e alta capacidade de dissipação de calor, para que o sistema possa trabalhar em maior tensão e maior frequência, reduzindo assim o volume de componentes passivos, reduzindo a perda de energia do sistema e melhorando a densidade de potência do sistema. Porém, por outro lado, os dispositivos atuais feitos de carboneto de silício apresentam algumas desvantagens em comparação com aqueles feitos de silício. Com base nos resultados abrangentes, acreditamos que os dispositivos de potência de silício e carboneto de silício coexistirão no futuro por algum tempo, aproveitando plenamente seus respectivos pontos fortes em seus respectivos campos.

De acordo com as informações de análise e teste da Infineon, o sistema de energia que utiliza dispositivos de carboneto de silício pode reduzir a perda de potência em cerca de 7.6% em comparação com o sistema de energia que utiliza dispositivos de silício no mesmo nível de potência, incluindo a redução da perda de potência durante o acionamento do motor e o redução da perda de potência durante a recuperação de energia do motor.

A figura a seguir é uma comparação de um conjunto de dados experimentais da diferença de consumo de energia do dispositivo de energia quando o motor usa IGBT à base de silício e MOSFET de carboneto de silício em diferentes velocidades de rotação e torques. Pode-se observar que quando a velocidade do motor é de 2667 rpm e o torque de saída é de 553.3 Nm, o consumo de energia do IGBT à base de silício é cerca de 13% menor que o do MOSFET de carboneto de silício.

A partir disso, podemos obter aproximadamente os cenários de aplicação de IGBT à base de silício e MSOFET de carboneto de silício no acionamento de inversores, conforme mostrado na figura a seguir:

A adoção do esquema "híbrido" compartilhado pelo IBGT baseado em silício e pelo MOSFET de carboneto de silício pode aproveitar ao máximo suas respectivas vantagens e aprender com os pontos fortes um do outro. O motor acionado por IGBT baseado em silício pode aproveitar ao máximo a vantagem de menor perda de potência do que o MOSFET sob alta corrente, fornecendo principalmente alto torque de saída, refletindo o desempenho de aceleração de todo o veículo; Porém, o motor acionado por MOSFET de carboneto de silício funciona mais em condições de cruzeiro, o que melhora a eficiência da utilização de energia. Para atingir os dois fins, e ter pata de peixe e de urso.

Isso pode fazer com que o veículo mantenha a mesma autonomia de cruzeiro e, ao mesmo tempo, reduzir a capacidade da bateria, reduzindo assim o custo da bateria, e compensar o aumento de custos causado pela introdução de dispositivos de alimentação de carboneto de silício. Ao mesmo tempo, a redução da capacidade da bateria e o aumento da densidade de potência do inversor também podem reduzir o peso do veículo e melhorar a eficiência de utilização de energia de todo o veículo.

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