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新一代汽車的七大領域新技術(上):低燃耗與小型輕量化

2014年07月18日08:26    

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在2014年5月21∼23日舉辦的“人與車科技展2014”上,為了在激烈的全球競爭中取勝而開發的最新技術齊聚一堂,獲得了汽車行業技術人員的密切關注。此次展會上,﹝1﹞低燃耗、﹝2﹞小型輕量化、﹝3﹞削減成本、﹝4﹞自動駕駛、﹝5﹞新材料、﹝6﹞新接合技術、﹝7﹞新開發工具這七個領域都涌現出了值得關注的技術。本文分三篇,結合圖片向大家介紹這些新技術。(《日經制造》人與車科技展採訪組)

低燃耗:豐田的SiC功率半導體,欲將燃效提高10%

在本次展會上,參觀者絡繹不絕、最受關注的當屬豐田展出的碳化硅(SiC)功率半導體。功率半導體是動力控制單元(PCU)的核心部件,PCU的作用是控制混合動力車(HEV)等的驅動馬達的電流。採用SiC制作功率半導體可以降低電力損耗,大大縮小PCU的體積並大幅提高燃效。豐田共制作了兩種SiC功率半導體,分別是控制電流開關的晶體管和控制電流單向流動(整流)的二極管。

左為晶體管,右為二極管。在豐田汽車自己的生產線上制造。

SiC功率半導體由豐田汽車、電裝、豐田中央研究所合作開發。豐田汽車在公司內設置了SiC專用的清潔車間。除了晶圓是從外部彩后而來,其他基本都由豐田完成。

使用SiC功率半導體可保持相同性能,使PCU的體積縮小到1/5左右。

開發的目標是替代目前的Si(硅)功率半導體,使燃效提高10%,並且使PCU的體積縮小到原來的1/5。力爭在2020年左右,使配備SiC半導體的PCU投入實用。對於成本問題,豐田的解說員表示,“SiC功率半導體的成本雖高,但我們更重視能降低燃耗的優點,所以採用,希望在其他地方削減成本”。

低燃耗:三菱電機展出業內最小的EV驅動系統,採用SiC功率半導體

三菱電機開發出了採用SiC功率半導體、從而縮小了體積的純電動汽車(EV)驅動系統“EV Motor Drive System”。逆變器的功率模塊採用了SiC功率半導體。與使用Si功率半導體的現有系統相比,體積縮小了一半。

SiC功率半導體除了能降低損失以外,還有助於實現逆變器的小型化,因為與Si功率半導體相比,採用SiC功率半導體能夠縮小電路內電容器和線圈的體積。Si晶體管在關閉后無法立即斷電,在一段時間內會持續通電(尾電流),但SiC晶體管不存在尾電流。因為沒有尾電流,所以與Si相比,SiC晶體管能夠實現約10倍的高頻驅動(高速開關)。實現高頻驅動后就可以減少一個周期的開關存儲的電量,也就能減小電容器的大小。

業界最小的EV驅動系統。

逆變器嵌入馬達的機殼內部,實現了一體化。這樣不僅簡化了布線和接線,還使馬達與逆變器的冷卻器合二為一,從而簡化了水冷配管。

使用SiC功率半導體使逆變器小型化,並安裝在馬達機殼內實現一體化。

三菱電機的目標是2023年使這種驅動系統投入實用。希望通過SiC功率半導體普及產生的量產效應,再加上小型化與一體化,逐步壓縮成本。

 

(責編:值班編輯、庄紅韜)

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