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功率模塊的各種參數電動汽車

發布時間:2023-04-19作者來源:薩科微瀏覽:1921


 電機控制器驅動汽車電機時,絕大部分電能都轉化為了機械能,但是還有一小部分被消耗掉了,變成了熱。

    這個被消耗掉的部分,一方面是電機本身的損耗,還有一方面,就是電機控制器中功率半導體工作時的損耗,畢竟能源轉化肯定沒辦法做到100%

    電機我不太懂,今天主要介紹電機控制器的損耗(逆變器中功率半導體模塊的損耗)

    功率半導體模塊一般參數有靜態損耗和動態損耗。靜態主要是IGBT的Vcesat(對MOSFET而言是Rdson)和續流二極管FWD的Vf。動態損耗主要是IGBT/MOSFET的開通損耗Eon,關斷損耗Eoff,還有二極管的反向恢復損耗Erec。

    這么多參數,頭都繞暈了,《矛盾論》里面講過,分析事物要抓住主要矛盾,兼顧次要矛盾,那我們來看看,哪個類型的參數對電動汽車的功率損失影響[敏感詞]?

圖片

以最常見的10k Hz工況為例,我們看到,對于Si IGBT模塊來講

圖片

對于Si IGBT器件來說,一共產生了297kW的總發熱,其中IGBT的通態損耗Vcesat占比[敏感詞],其次是關斷損耗Eoff,這不是巧了這是,恰巧這倆是最不好對付的。。一般是你優化了這個,另一個指標就變差了。


FWD反向恢復 23.40%
FWD通態損耗 4.26%
IGBT/MOSFET關斷損耗 27.66%
IGBT/MOSFET開通 17.02%
IGBT/MOSFET通態損耗 27.66%
sum 100.00%


再看全SiC模塊的表現,全sic器件的發熱就很低了,相比IGBT模塊297的發熱,SiC MOSFET模塊只產生了85W的發熱,逆變器效率大大提升。

那么對于SiC模塊而言,哪個指標才是最重要的呢?看圖

FWD反向恢復 0.5 2.50%
FWD通態損耗 1.5 7.50%
IGBT/MOSFET關斷損耗 3 15.00%
IGBT/MOSFET開通 6.5 32.50%
IGBT/MOSFET通態損耗 8.5 42.50%
sum 20 100.00%

我們看到,SiC的通態損耗占比42.5%,也就是Rdson指標占大頭,其次是MOSFET的開通損耗Eon,然后是關斷損耗Eoff,二極管通態壓降Vf和反向恢復能量Erec。

也就是說,SiC芯片在10K的工作頻率下,決定其性能好壞的關鍵因數是Rdson,這個指標直接決定了SiC芯片的發熱,也就是逆變器的效率,進而影響整車的效率。

當然,SiC比IGBT的效率要高很多,也正是Rdson*I=Vdson在小電流情況下要比IGBT的通態壓降Vcesat天然低(為什么低我們下次談),同時MOSFET是單極型器件,IGBT是雙極型器件,開關損耗也天然比mos高。因此,整體上應用SiC模塊的電動車可以比IGBT模塊的電動車能源效率高大約5%,想象一下,如果是500km的續航,那就可以多跑25km,或者說省4度電的電池成本(4度電的電池成本3000元左右),所以,高端車型上SiC,不僅性能好,科技感,還有實實在在的成本優勢!


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