丰田开发新功率半导体 混动油耗降10%

2014-05-23 10:21:43来源: 盖世汽车网

盖世汽车网5月23日报道 5月20日,丰田汽车宣布,联合子公司电装和丰田中央研究所,共同开发出新的碳化硅(SiC)功率半导体材料,能够用于汽车动力控制器件,可提升混合动力车燃油经济性10%。

有望提升燃效10%

丰田和电装准备将这种新款功率半导体材料用于动力控制单元(Power Control Unit,简称PCU),控制混合动力车的电动马达驱动力。一年之内,丰田将安排采用新半导体的混动车在公路上进行行驶测试。

与当前的硅材料功率半导体相比,丰田准备通过碳化硅功率半导体的应用,将混动车燃油经济性提升10%,同时将PCU的体积减小20%。目前在测试中已经实现5%的燃效提升,有望在2020年前后将该材料投入商业化应用,但迄今成本仍然是最大的障碍。

PCU 对于混动车而言举足轻重,连接了电池、马达、发电机,调控能量的走向与分配;在行驶时将电池电力供给马达,对车速进行控制,同时在减速时利用电力向电池充电。不过,PCU也占据了混动车电能损耗的四分之一,其中大部分来自于功率模块的功率半导体。这意味着整个混动车的电能损耗有接近20%来自于功率半导体,而功率半导体也顺理成章变为降耗重点。

与常见的半导体材料硅相比,碳化硅更有利于提高效率。这种材料在通电状态下电阻较低,电流开闭/ 切换时能量损失较小。即便进行高频化也可以使电流高效地流动。线圈和电容占据PCU大约40%体积,碳化硅功率半导体可以将这些体积进行缩减,甚至将 PCU体积在当前基础上降低五分之一。

挑战仍存


左:硅功率半导体PCU。右:碳化硅功率半导体PCU

从20世纪80年代起,丰田中央研究所与电装就开始进行功率半导体新材料的基础研究。2007年,丰田汽车参与研发。1997年第一代普锐斯上市,丰田从那时起就一直在开展功率半导体的自主开发工作,目的是降低混动车油耗

最近,丰田将三家公司共同开发的碳化硅功率半导体(二极管和晶体管)用于PCU,并用于混动车试验车上。按照JC08工况,在试车场中使用碳化硅功率半导体的混动车能够降低油耗5%以上。

2013年12月,丰田还在研发并生产电子控制装置及半导体等的日本广濑工厂内部,建设了用于开发碳化硅专用半导体的洁净室。对于丰田而言,提高功率半导体的效率,业已和改进发动机及车辆空气动力学性能一样重要。

不过丰田高管表示,迄今成本仍然是最大的障碍,同时技术上也存在壁垒需要攻破。


左:硅功率半导体PCU晶元(晶体管)。右:碳化硅功率半导体PCU截面晶元(晶体管)

关键字:油耗

编辑:冀凯 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2014/0523/article_9160.html
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