Bosch SiC-halvledare för elfordon (EVs)

Bosch utökar sin halvledarverksamhet med kiselkarbidchip (SiC) som tillverkas hos TSI Semiconductors i Roseville, Kalifornien - en etablerad chiptillverkare som producerar stora volymer på 200 mm wafers för mobilitets-, telekom- och energiapplikationer.

SiC-chip används i allt större utsträckning i elfordon för att öka räckvidden och möjliggöra effektivare laddning, enligt Bosch. Användningen av dessa chip har ökat dramatiskt.

Krafthalvledare för elfordon

Halvledare för elfordon ger högre effektivitet genom att optimera kraftomvandling och kraftdistribution, vilket leder till längre räckvidd och minskad energiförbrukning. Dessutom kan dessa halvledare anpassa strömförsörjningen för att förbättra prestanda och säkerhet under varierande körförhållanden.

Denna förändring leder till en ökad efterfrågan på halvledarlösningar som uppfyller tillförlitlighets- och säkerhetsstandarder för fordonsindustrin, samtidigt som fokus ökar på att utveckla batterihanteringssystem som använder avancerad halvledarteknik för att förbättra batteriernas prestanda och livslängd.

Dessutom använder halvledarindustrin material och enheter med högre effekttäthet och bättre värmehantering för att hjälpa elbilarna att möta konsumenternas ökande krav på bättre prestanda, bekvämlighet och uppkopplingsmöjligheter. Dessa framsteg kommer att göra det lättare för elbilar att uppfylla konsumenternas växande förväntningar.

Kiselkarbid (SiC) är ett lovande halvledarmaterial som används för att öka effekttätheten i elfordonsapplikationer (EV). SiC:s motståndskraft mot spänningsökningar som orsakas av regenerativ bromsning och snabbladdning kan minska antalet förtida fel i kraftelektroniken och möjliggöra snabbare övergångstider, vilket ytterligare förlänger batteriets livslängd, samt kemisk inertitet som motstår korrosion/oxidation.

Bosch har nyligen investerat över 1,5 miljarder dollar för att förvärva och uppgradera sin anläggning i Roseville, Kalifornien, för tillverkning av SiC-chip - halvledare som finns i traktionsomvandlare, ombordladdare och DC-DC-omvandlare för elfordon (EV).

Växelriktare för elfordon

Moderna elfordon arbetar med höga spänningar, vilket kräver sofistikerade kraftsystem för att hantera energiflödet. Kraftomvandlare utgör hjärtat i dessa kraftsystem och måste uppfylla stränga säkerhetskrav samtidigt som de måste hålla jämna steg med motordynamiken.

MOSFET:er och IGBT:er i kiselkarbid (SiC) från Bosch är integrerade delar i växelriktare för elfordon (EV) som minskar komplexiteten, förbättrar strömkvaliteten och möjliggör snabbare laddning. Dessutom gör deras överlägsna termiska hantering att de kan ge slutanvändarna högre effektivitet och längre körsträcka.

Växelriktare är nyckelkomponenter i elbilar, eftersom de ger konsumenterna en upplevelse av elbilar med lång räckvidd och lindrar problem som räckviddsångest. Utformningen kan variera beroende på om bilen är en renodlad elbil, en hybridbil eller en kommersiell bil, t.ex. en bygglastbil eller en elbil för motorsport.

Omriktare för kommersiella fordon ska vara konstruerade för att klara korta perioder av back-EMF utan att behöva reservkraftförsörjning, medan omriktare för elmotorsport måste kunna minska hastigheten för att nå en säker nivå av back-EMF. Båda typerna av omriktare måste dessutom klara av höga växlingsfrekvenser, vilket kräver komplexa kretsar för att minimera elektroniskt brus och minska elektromagnetiska störningar (EMI). De kan även innehålla funktioner som integrerat felskydd som gör det möjligt för systemen att upptäcka och diagnostisera eventuella fel som uppstår under drift.

Inbyggda laddare för elfordon

En ombordladdare (OBC) är en viktig komponent i elfordon. Den laddar högspänningsbatteriet från växelströmsnätet medan fordonet står parkerat, vilket ger effektiv laddning med kortare laddningstider och inbyggda säkerhetsfunktioner.

OBC:er består av tre primära komponenter: PFC-steg, DC-DC-omvandlare och BMS. PFC-steget omvandlar växelström till likström som omvandlas av DC-DC-omvandlaren för att producera batterispänning; BMS övervakar batteriets utspänning inom säkra gränser och ser till att den inte fluktuerar alltför mycket.

Inbyggda laddare för elfordon finns i två varianter - enfas eller trefas. Enfasiga OBC-laddare erbjuder upp till 11 kW laddningskapacitet och är idealiska för bostadsmiljöer. Trefasiga OBC har möjlighet att nå 22 kW laddning och erbjuder snabbare laddningshastighet - båda typerna har olika kommunikationsprotokoll för att säkerställa säker och effektiv laddningsdrift.

Bosch gör betydande investeringar i produktion av kiselkarbid (SiC) för att stödja elfordon (EVs). Deras beslut att förvärva den amerikanska chiptillverkaren TSI Semiconductors visar att de har för avsikt att skapa en opålitlig leveranskedja för SiC.

Bosch tror att SiC-krafthalvledare kommer att spela en avgörande roll vid ombordladdning och DC-DC-omvandling av elfordon och erbjuda betydande kostnadsbesparingspotential jämfört med konventionella kiselkretsar. Deras kiselkarbidchip är mindre, billigare och mer energieffektiva. Dessutom får de plats på 200-millimeters wafers, vilket ger en kortare uppstartsperiod i Roseville med färre produktionsfel och kostnadsbesparingar.

Batterihanteringssystem för elektriska fordon

Batterihanteringssystem (BMS) spelar en avgörande roll för elbilars säkerhet och prestanda genom att övervaka temperaturen för att förhindra överhettning som kan minska batteriets livslängd eller orsaka termisk rusning. De kan också säkerställa optimala driftstemperaturer genom att använda kyl-/värmesystem vid behov, samt optimera laddningscykler och cellbalansering för att öka hållbarheten.

BMS för fordonstillverkare finns i olika former som alla erbjuder olika fördelar för fordonstillverkare. Ett centraliserat BMS har en styrenhet som hanterar alla battericeller i ett batteripaket, vilket gör implementeringen enkel men sårbar för komponentfel. Distribuerade BMS använder däremot flera styrenheter för att hantera enskilda batterier och moduler individuellt och minskar ledningskomplexiteten samtidigt som felfrekvensen minskar och tillförlitligheten och prestandan förbättras.

Bosch är branschledande inom kraftelektronik med kiselkarbid och kan erbjuda mer avancerad teknik för elfordon. Kroeger tror att SiC-chip kommer att spela en central roll i kraftelektroniken för dessa fordon, särskilt när det gäller laddning och DC-DC-omvandling, där effektivitetsvinsterna kan överstiga 50 procent jämfört med rena kiselalternativ; sådana vinster gör att förare kan förlänga en laddning upp till 6 procent längre per laddning av sitt fordon, enligt Kroeger.