利用碳化硅改善燃料电池汽车升压转换器效率的研究

利用碳化硅改善燃料电池汽车升压转换器效率的研究

以硅（Si）为主要材料的电力电子功率半导体器件是纯电动汽车、插电式混合动力汽车和燃料电池汽车驱动系统的重要部件，直接影响这些电动汽车的动力性、可靠性和成本等。目前，以碳化硅（SiC）为主要材料的电力电子功率半导体器件开始得到关注，其在耐压等级、工作温度、开关损耗和开关速度上的表现显著优于以Si为主要材料的电力电子功率半导体器件。为此，研究了将SiC应用在燃料电池汽车升压转换器上对升压转换器效率的影响。

燃料电池汽车上燃料电池反应产生的电能必须经过升压转换器升压，升至650V以驱动电机。升压转换器中功率模块的尺寸、损耗和转换频率等直接决定了升压转换器的性能。升压转换器的功率模块通常包括Si标准二极管和Si肖特基二极管。使用SiC代替上述两个部件的Si材料，形成SiC标准二极管和SiC肖特基二极管。由于SiC具有较小的宽带间隙，因而SiC标准二极管和SiC肖特基二极管的尺寸较小，使其内部电阻也随之降低，而转换的响应速度则随之提高，实现了升压转换器功率模块尺寸和电能损耗的降低，以及转换频率的升高。在日本丰田汽车公司和日野汽车公司联合生产的Oiden燃料电池汽车上，对SiC标准二极管和SiC肖特基二极管的性能进行测试。测试结果显示，与Si标准二极管和Si肖特基二极管相比，SiC标准二极管的电能损耗减少至少90%，SiC肖特基二极管的电能损耗减少将近70%，从而使升压转换器的效率改善了0.5%。

Toshikazu Sugiura et al.SAE 2016-01-1234.

编译：陈丁跃