为电动汽车性能的下一次飞跃添加星尘

如果有人告诉你，有一种材料可以大幅提高电动汽车的续航里程，而不会增加动力系统的价格，你可能会从座位上跳起来。如果他们接着补充说，这种神奇的物质自然存在于我们的太阳系之外，你可能会再次坐下。

但请耐心听我说——因为这不是幻想。当碳化硅用于新一代电动汽车时，它有可能带来一个台阶上的变化，而且没有任何成本负担。事实上，它甚至可以被描述为“免费”。

在正确的道路上，汽车电动马达

碳化硅在太空中非常丰富，本质上是在富含碳的恒星上发现的星尘。在地球上，自然存在的碳化硅确实存在，但你唯一能遇到它的方式是在陨石中——而且是微量的。

值得庆幸的是，全球工业有一个经过考验的方法来大规模生产合成版本，即在极高的温度下将硅砂和碳混合。这也很好，因为碳化硅(SiC，其化学名称)为电子设备带来了重大进步，提供了更高的功率水平，更低的功率损耗和更高的整体效率。

这对电动汽车有什么好处?这一切都归结于一个叫做逆变器的组件。逆变器是电动汽车动力系统的重要组成部分，是电池和电机之间的关键接口，将电池的直流电荷转换为交流电荷以驱动电机。他们还定时开关变化，以调整交流充电的频率，以控制电机的速度。

或者，换句话说，如果你把电池想象成汽油车的油箱，电动机就是发动机，逆变器实际上就是燃油喷射系统。逆变器的速度越快、效率越高，整个车辆的效率就越高——这意味着你可以从电池获得更多的续航里程。

传统的逆变器使用绝缘栅双极晶体管(igbt)，其开关电流最高可达20kHz，但最新的SiC-mosfet(金属氧化物半导体场效应晶体管)版本可以达到80kHz。高得多的开关速度不仅对驱动一些电动汽车应用中使用的小型高速电机很重要，而且随着开关速度的提高，功率密度也会提高。我们一会儿会讲到。

SiC-mosfet逆变器还显著降低了逆变器的总损耗，并且更小更轻，允许工程师利用气动和包装的改进，减少车辆可能需要的冷却量。

考虑到100kW/kg的功率重量比(而当代IGBT技术为40kW/kg)，你可以开始看到这项技术能带来多大的好处，特别是当你考虑到汽车制造商为增加续航里程而优化电动汽车所付出的巨大努力时。

例如，在一辆典型的高性能电动运动轿车中，碳化硅逆变器带来的相关效率可以将电池的尺寸减少至少10%(约40-50公斤)。虽然它们的价格是IGBT版本的两倍(每单元2000美元，而每单元1000美元)，但它们可以大幅减小电池的尺寸，节省的成本超过了逆变器本身的成本。

这给汽车制造商提供了两个选择:将节省下来的成本转嫁给消费者(或花在其他部件上)，提供一款续航里程与以前相同或可能更好的汽车(这得益于重量减轻的良性循环)，或者保持电池尺寸不变，并通过提高效率提供更长的续航里程。

而且车辆使用得越多，好处就越大——就像商用车辆一样。一辆电动卡车或电动巴士的寿命很容易达到100万公里，在这段时间内，SiC逆变器可以节省近4万美元的成本。

目前，碳化硅逆变器还没有被大众市场采用，因为它们的前期价格-但这即将改变。而且动作要非常快。预计到2024年，配备碳化硅逆变器的乘用纯电动汽车(bev)将超过配备传统IGBT单元的乘用纯电动汽车，到2030年，95%的bev将使用碳化硅。所以市场是巨大的，而且还在不断增长。

在Equipmake，我们已经开发了近十年的逆变器-制作我们自己的栅极驱动器和编写我们自己的软件-同时设计和制造整个电子动力系统。它们是整个电力传动系统的重要组成部分，我们将很快推出自己的高性能SiC逆变器。

毫无疑问，这项新技术将很快超过我们现有IGBT逆变器的需求。毕竟，真正能让你不劳而获的创新有多频繁呢?你甚至可以说它也来自外太空。

董事总经理伊恩·弗利Equipmake