關(guān)鍵要點

?使用電機試驗臺的測試結(jié)果，按照油耗測試方法WTLC進(jìn)行了模擬行駛仿真，確認(rèn)了第4代SiC MOSFET對電耗的改善效果。

?WLTC測試循環(huán)的各個速度段的電耗均可得到改善，與使用IGBT時相比，整體電耗改善約6%，市區(qū)模式下改善約10%。

?給用戶帶來的效益包括可以降低單位行駛里程的運行成本（電力成本）以及可以使用電池容量更小的電池。

在“EV應(yīng)用”一文中，我們通過BEV電源架構(gòu)的組成部分之一“牽引逆變器”，介紹了在其中使用第4代SiC MOSFET的效果。

● 第4代SiC MOSFET的特點

●在降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器中使用第4代SiC MOSFET的效果

>電路工作原理和損耗分析

>DC-DC轉(zhuǎn)換器實機驗證

●在EV應(yīng)用中使用第4代SiC MOSFET的效果

>EV應(yīng)用

>裝入牽引逆變器實施模擬行駛試驗

> 圖騰柱PFC實機評估

在EV應(yīng)用中使用第4代SiC MOSFET的效果

裝入牽引逆變器實施模擬行駛試驗

本文將介紹牽引逆變器的基本工作和在EV中的評估系統(tǒng)（電機試驗臺的測試環(huán)境）。然后，我們將使用其測試結(jié)果，按照乘用車油耗測試方法WTLC實施模擬行駛仿真，并通過示例來了解使用第4代SiC MOSFET改善電耗的效果。

逆變電路的工作

隨著機電一體化（電機、減速器、逆變器）進(jìn)程加速，降低損耗在實現(xiàn)高電壓、高輸出、小型輕量逆變器中的重要性日益凸顯。這是因為降低損耗與EV的電耗性能是息息相關(guān)的。

如圖1所示，為了驅(qū)動動力總成系統(tǒng)中的電機，牽引逆變器會將電池中存儲的直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電。逆變器由三個半橋結(jié)構(gòu)（每個半橋是1個橋臂，共3個橋臂）組成。三相交流波形按照與電機轉(zhuǎn)速同步的頻率信號波（基準(zhǔn)正弦波）設(shè)置，三角波（調(diào)制波）按照決定開關(guān)頻率的載波頻率設(shè)置。提供給電機的電壓是通過在生成PWM信號的過程中改變?nèi)嘟涣麟姾腿遣ǖ碾娖絹韺崿F(xiàn)的。

圖1. 常見的逆變器電路結(jié)構(gòu)和驅(qū)動信號

電機試驗臺的測試環(huán)境

表1中列出了電機試驗臺以及供試逆變器中搭載的SiC器件的主要規(guī)格。供試逆變器由內(nèi)置第4代SiC MOSFET裸芯片的二合一功率模塊組成。

表1. 電機實驗臺及供試逆變器主要規(guī)格

圖2為電機試驗臺的測試環(huán)境，圖3為供試逆變器（DUT Inverter），圖4為控制系統(tǒng)框圖。通過供試逆變器的三相UVW動力線來驅(qū)動供試電機。供試電機與負(fù)載電機連接，負(fù)載電機根據(jù)車輛參數(shù)計算出的行駛阻力進(jìn)行負(fù)載扭矩控制，可進(jìn)行目標(biāo)車輛參數(shù)的模擬行駛實驗。

圖2.電機試驗臺的測試環(huán)境

圖3. 供試逆變器(DU TInverter)

圖4. 電機試驗臺控制系統(tǒng)框圖

關(guān)于行駛阻力，如圖5和公式（1）～（4）所示，考慮到了空氣阻力FAD、滾動阻力FRR、坡道阻力FRG、加速阻力FACC。

圖5.行駛阻力

Cd：空氣阻力系數(shù)

A：正面投影面積

ρ：干燥空氣密度

μ：滾動阻力系數(shù)

m：車輛重量

Δm：旋轉(zhuǎn)體的等效慣性質(zhì)量

α：加速度 v：車速

g：重力加速度

模擬行駛所用的國際標(biāo)準(zhǔn)WLTC模式油耗測試

圖6所示的WLTC（Worldwide harmonized Light duty driving Test Cycle：全球統(tǒng)一輕型車輛測試循環(huán)）是乘用車等的尾氣排放量和油耗測試方法（WLTP：Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure）中規(guī)定的車輛行駛測試循環(huán)。

WLTP是由聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會在2014年舉辦的第162屆聯(lián)合國世界車輛法規(guī)協(xié)調(diào)論壇（WP29）上被采用為全球統(tǒng)一汽車技術(shù)法規(guī)（GTR：Global Technical Regulation）的。該循環(huán)由低速、中速、高速和超高速（Low、Middle、High、Extra-High）四個部分組成，在日本，檢測供試車輛的尾氣排放量和油耗時不包括超高速（Extra-High）段的測試循環(huán)。

圖6. WLTC(世界統(tǒng)一測試循環(huán))概要

使用前述的電機試驗臺，輸入基于WLTC測試循環(huán)的模擬行駛測試條件，在逆變器中分別使用了第4代SiC MOSFET和IGBT的兩種情況下，進(jìn)行了行駛電耗測試。

圖7是針對C級EV的電耗測試結(jié)果。結(jié)果證明，如果用第4代SiC MOSFET取代傳統(tǒng)的IGBT，可以改善WLTC測試循環(huán)各個速度段的電耗。與使用IGBT時相比，整體電耗改善約6%，市區(qū)模式下改善約10%。

作為參考，在圖8中提供了逆變器效率MAP圖（在NT曲線基礎(chǔ)上增加了效率信息）。從這里的結(jié)果也可以看出，在市區(qū)行駛模式中經(jīng)常出現(xiàn)的高扭矩和低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，效率顯著提升。

圖7. 電耗測試結(jié)果

圖8. WLTC 油耗測試中的逆變器效率 MAP 圖

下面我們舉例來說明改善電耗可以給用戶帶來哪些效益。從“可以降低單位行駛里程的運行成本（電力成本）”和“可以使用電池容量更小的電池”兩方面來考慮可能更易于理解。表3是在郊區(qū)模式下的推算的效益示例。與使用IGBT時相比，假設(shè)電耗改善5.5%，就意味著1萬公里的行駛里程可以節(jié)省2,000日元，采用100kWh的電池可以節(jié)省5.5萬日元（表2）。

表2. 電耗改善與用戶效益

審核編輯：劉清