戴姆勒测算“SiC+800V”方案,可实现电驱动系统降本

日前,德国戴姆勒在“PCIM Europe 2018”(2018年纽伦堡电力电子系统及元器件展)上公布了其测算地将SiC MOSFET应用于电动汽车逆变器的影响。

戴姆勒公司AE Power Electronics的Alexander Nisch先生对该测算结果进行了说明。

新方案系统成本更低

Nisch先生通过比较新旧两种方案的系统成本,发现通过新方案可以实现成本降低。新方案具体是将驱动电压(DC链电压)从400V增加至约800V,同时在逆变器中使用SiC MOSFET。而与之比较的驱动系统中则使用400V电压,同时采用现有的Si IGBT逆变器,配套组合的二次电池相同。

戴姆勒测算“SiC+800V”方案,可实现电驱动系统降本

SiC MOSFET虽然与Si IGBT价格昂贵,但由于其损耗低,相同续航里程下消耗的车载二次电池容量更小,从而降低了总成本。一般device厂商经常发布类似的展示。但作为客户的主机厂,戴姆勒发表这样的试算结果公布还是非常少见的。

根据Nisch先生的说法,逆变器的输出功率密度趋于逐年增加。在保持400 V直流电压的同时,体积越减小,输出电流越大,输出功率密度因此得到改善。

具体而言,2009年逆变器的体积为4.1 L,单相的最大输出电流为215 A。到了2012年,同样的3L体积下最大输出电流到了240A,到2014年达到3.8升下325 A。而到了2016年,相同的3.3升体积下电流提高到了300A。

换算输出功率密度的话,2012年是2009年的1.6倍,而2014年是1.75倍,2016年为1.85倍。据说这种趋势将来也不会改变,密度将会进一步提高。因此,戴姆勒才会试算与当前Si IGBT相比,应用具有低损耗并且适合于小型化的SiC功率器件的影响。

SiC MOSFET的经济性提高7.7%

在此次试算中,假定驱动系统的输出为240 kW,开关频率为10 kHz等。与在DC链路电压400V,并使用耐压750V的Si IGBT的情况相比,相同情况下使用800V,或者1200 V的沟槽型MOSFET SiC的时候,电动车辆所需要的驱动能量可以减小数个百分比。

戴姆勒测算“SiC+800V”方案,可实现电驱动系统降本

根据燃料经济性标准“World Wide Harmonized Light Vehicle Text Procedure(WLTP,全球统一轻型车测试标准)”模式,经济性可提高约7.7%。SiC MOSFET具有比Si IGBT更低的损耗,随着DC链路电压的增加电流减小,从而改善了经济性。

然而,SiC MOSFET比Si IGBT昂贵,逆变器的成本需要增加约20%。即便如此,经济性改善的部分,再加上由于在相同的续航距离内所需二次电池的容量减小,逆变器与2次电池组合下来的话,系统成本大约可以降低约6%。

当DC链路电压为400 V并且应用SiC MOSFET时,WLTP模式下的燃料效率改善仅为6.9%。在这种情况下,逆变器的成本增加将超过二次电池成本降低部分,因此系统成本将增加约3%。


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