新能源汽车行业对汽车动力性的追求从未停止。而电机控制器作为控制新能源汽车核心动力的大脑,一直是业界关注的重点。新能源汽车的核心动力系统是电机控制器上由硅原料(以下简称为Si)加工制作而成的IGBT半导体功率器件,但是由于材料限制,传统Si基功率器件在许多方面逐步逼近甚至已达到其材料的本征极限。以碳化硅(以下简称为SiC)为代表的第三代半导体材料,正以其卓越的性能吸引着世界零部件供应商和新能源汽车行业的注意。
北汽新能源作为中国新能源汽车行业的领军企业,是国内最早整车搭载SiC材料控制器并进行量产的企业之一。日前,搭载第三代半导体SiC电机控制器的北汽新能源实车,在吐鲁番即将完成夏季高温试验,并在后续开展里程可靠性试验和冬季高寒可靠性试验,将SiC材料控制器在极端环境下的可靠性进一步的验证。
为了提供更好的产品给客户,北汽新能源在开发SiC电机控制器的路上直面挑战。早在2018年,北汽新能源就开始了对SiC控制器的开发。通过全新一代主控芯片的应用、软件架构和代码执行效率的进一步优化,并基于SiC模块进行了包括驱动能力、短路保护在内的一系列驱动电路的深度优化设计,在2019年初即开发出了第一台完全自主开发的SiC电机控制器样机。目前,北汽新能源开发的SiC控制器开关频率已从最初的10kHz提升到25kHz,控制器功率达到220kW以上功率等级,在量产产品边界下,控制器达到了43kW/L以上的功率密度,最高效率从98.5%提升到99.2%,同时控制器具备多核运行、电源管理、主动短路、高压辅电等多种功能安全相关模块,为整车安全运行提供基础保障。
在整车技术上,仅搭载SiC控制器一项措施优化,整车NEDC效率就提升3个百分点。就控制器频率的提升所带来更为关键的技术突破——电机转速的提升而言,北汽新能源已开发出2万转以上的高极对数永磁电机,正在紧锣密鼓的测试中,预计未来搭载完整超高频应用SiC控制系统的整车NEDC效率至少可提高5%,整车减重10%以上,从而实现经济收益提升,达到既提高了整车收益性,又提升了整车综合性能的应用目标。