隨著2018-19賽季ABB國際汽聯(lián)電動方程式錦標賽第六輪比賽結束,衛(wèi)冕冠軍讓-埃里克·維爾涅在車隊主場2019電動方程式FWD富衛(wèi)三亞站拿下本賽季首個分站冠軍,令賽場響起中國國歌。電動方程式第五賽季開賽以來,六場比賽的冠軍分別由六支車隊的六位不同車手獲得。
圖1:代表中國出賽的DS車隊車手獲得了本輪電動方程式錦標賽冠軍,推動新能源汽車落地的海南三亞市看起來是DS車隊的福地。
在燃油汽車賽事中,汽車的引擎好壞是賽車手能夠拿到好成績的關鍵。那么電動方程式賽事中,最關鍵的技術是什么呢?高密度的電池,開關磁阻技術的馬達驅動技術,還是電動汽車中的功率器件?也許不同的人會有不同的看法。
在普通人看來,EV的續(xù)航最大的瓶頸是電池技術的變革。而喜愛飆車的人,自然會更在意車子的加速能力。但到了全世界最頂級的電動方程式比賽中,賽車手和車隊技術人員,更在意的卻是汽車的逆變器。從較早采用的IGBT配電池,到近幾年的SiC配電池的組合,讓賽事進入到了一個新的階段。
此前,在3月10日進行的香港分站賽中,由半導體廠商羅姆贊助的文圖瑞車隊選手愛德華多·莫塔拉奪得分站冠軍,使這支來自摩納哥的Formula E車隊備受矚目。電子發(fā)燒友記者在現(xiàn)場,采訪了文圖瑞車隊CTO(圖2)。他認真回答記者提出的各種技術問題,其中談到采用SiC逆變器,對于賽車性能的變化時,他表示SiC逆變器取代IGBT逆變器,效率提升了3~8%。由于重量減輕和電池效率提升,賽車的續(xù)航距離從300公里提升到了324公里?!皬牧硪粋€角度來看,賽車效率提升,可以將100kWH的電池縮減至92kWH的電池尺寸,可以降低電池的成本?!彼f。
同樣續(xù)航的EV,只是通過逆變器技術從IGBT至SiC的改變,就可以縮小電池的尺寸重量。這是從賽車的角度來看。如果是消費者用車的角度來看,同樣成本的電池,只要搭配SiC逆變器,那就可以直接提升續(xù)航距離。以傳統(tǒng)燃油車的角度來看,這就是一個更為省油的電動機!
當然,作為電動汽車行業(yè)最重要的賽事,電動賽車不僅是為了宣傳贊助商而進行比賽。在全球不同地方進行賽事,F(xiàn)ormula-E還承擔著各種前沿技術的測試工作。例如,在沙特德拉伊都、中國海南三亞、中國香港這種高溫的城市的公路賽道上飛馳,極為干燥和極為潮濕的天氣下,賽車會有什么不同的影響,就需要收集各種數(shù)據(jù)進行監(jiān)測。文圖瑞車隊技術工程師在賽前頭一天的預熱中,認真地觀察著車子和車手的狀況。(上圖)他對著賽道實況講解現(xiàn)在車手在高溫高濕狀況下要注意的問題。
“溫度對于電池驅動的汽車會有很大的影響,賽道路面上的氣溫會超過80度,甚至更高。汽車需要通過傳感器收集各種數(shù)據(jù),包括電池的續(xù)航的變化。在高溫下的電機的效率、電池的續(xù)航、胎壓的變化以及車手的狀況,我們都要做細致的研究?!?/p>
顯然,這次三亞比賽的正常舉行,證明了高溫高濕氣候下高速飛馳的電動汽車經受住了考驗。最為難得的是,采用SiC和鋰電池的電動汽車,甚至在南極地區(qū)極寒的氣溫下也同樣經受的考驗,電動汽車每年的賽事,正在如當年國際汽聯(lián)的燃油車賽事一樣,推動著汽車新技術的研究,和向普通消費者來普及新技術。
全球更節(jié)能更環(huán)保的電動汽車取代燃油汽車在越來越多的發(fā)達國家中定下來日程,未來電動汽車的興起,對于核心功率器件的需求一定會快速上升。SiC功率器件與傳統(tǒng)的Si器件相比,具有更高速開關的特性,功率轉換更高效,開關損耗減少,同時可以更小型化和輕量化。不僅SiC模塊本身可以小型化,其功率元器件周邊的線圈、電容和散熱裝置也同樣可以更小型化,優(yōu)勢非常明顯。
日本京都大學教授 松波弘之在1987年發(fā)現(xiàn)了SiC技術,羅姆在2000年12月全球首家成功實現(xiàn) SiC-DMOSFET的產業(yè)化并開始量產。2004年羅姆與京都大學聯(lián)合開發(fā)出SiC MOSFET原型,2008年在汽車行業(yè)率先采用,與本田聯(lián)合研究混動汽車上的SiC功率模塊。
2009年羅姆收購德國晶圓制造商SiCrystal,2010年不僅實現(xiàn) SiC肖特基二極管的量產,還在全球率先實現(xiàn)SiC-MOSFET的量產。2015年羅姆還實現(xiàn)了全球首次的在芯片表面設置了Trench的SiC溝槽型MOSFET的量產。
圖片來源: VENTURI Formula E 文圖瑞車隊
宛如飛馳人生的賽場,雖然沒有燃油發(fā)動機F1車那樣的轟鳴,但賽車給觀眾的感覺同樣非常震撼。在電子發(fā)燒友記者看來,這些電動汽車的背后的技術進步才是讓我們震撼的地方。
圖:羅姆為文圖瑞Formula E車隊提供技術支持的全SiC模塊(G型封裝)
電動汽車的頂級賽事,無疑會進一步帶動EV的市場。SiC功率元器件已經在迎來井噴,在太陽能發(fā)電、EV充電站、伺服電源領域,SiC功率元器件的應用案例在不斷增加。甚至已經在研發(fā)將SiC應用到飛機上。為了滿足不斷增長的需求,羅姆計劃在日本福岡投資6000億日元擴建一座新工廠以增加產能,服務全球不同類型的客戶。目前全世界SiC排名前三的分別上Wolfspeed、英飛凌和羅姆,未來的羅姆透露其SiC的一個小目標:到2025年占全球SiC元器件市場的30%。
最后獻上作者本想私藏的福利圖,以對大家有耐心看到文章末尾表示感謝。
電子發(fā)燒友記者與羅姆贊助的文圖瑞車隊巴西車手菲利佩·馬薩一起合影(馬薩曾是大名鼎鼎的F1冠軍)。能與F1冠軍賽車手的親密合影,感覺可以吹一輩子了。
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