豐田用SiC開發(fā)出高效率功率半導(dǎo)體

豐田汽車公司與電裝株式會(huì)社、豐田中央研究所株式會(huì)社合作，利用新材料SiC開發(fā)出了一種功率半導(dǎo)體。這種SiC功率半導(dǎo)體預(yù)計(jì)將用于控制混合動(dòng)力車等的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力的動(dòng)力控制單元上，今后1年之內(nèi)將會(huì)在公共道路上開始進(jìn)行行駛實(shí)驗(yàn)。

未來的目標(biāo)是與現(xiàn)在的硅材料功率半導(dǎo)體相比，將HEV的油耗降低10％，并將PCU的體積減小1/5。

PCU在HEV等車輛的電能利用中發(fā)揮著非常重要的作用，如在行駛時(shí)通過向電動(dòng)機(jī)供給電池的電力來對(duì)車速進(jìn)行控制，同時(shí)在減速時(shí)利用電力向電池充電等。

另一方面，PCU占據(jù)了HEV的電力損失的大約1/4，而其中大部分源自功率半導(dǎo)體，所以整個(gè)HEV車輛電力損失的約20％是由于功率半導(dǎo)體造成的。因此，提高功率半導(dǎo)體的效率，即減少電流流動(dòng)時(shí)的電阻，是降低油耗的關(guān)鍵技術(shù)之一。從1997年第一代普銳斯上市時(shí)起，豐田一直在開展功率半導(dǎo)體的自主開發(fā)工作，致力于降低HEV的油耗。

SiC是一種比硅更有可能提高效率的半導(dǎo)體材料，豐田集團(tuán)自從20世紀(jì)80年代起，就由豐田中研、電裝開展基礎(chǔ)研究，從2007年開始，豐田也加入到其中，共同開展面向?qū)嵱没募夹g(shù)開發(fā)。最近，豐田將使用了三家公司共同開發(fā)的SiC功率半導(dǎo)體（二極管和晶體管）的PCU配備到HEV的試制車上，并在試車場(chǎng)中進(jìn)行的行駛實(shí)驗(yàn)中確認(rèn)油耗能夠降低5％*2以上。

此外，2013年12月，豐田還在研發(fā)并生產(chǎn)電子控制裝置及半導(dǎo)體等的日本廣瀨工廠內(nèi)部，建設(shè)了用于開發(fā)SiC專用半導(dǎo)體的潔凈室。

今后，豐田將進(jìn)一步提高效率，力爭(zhēng)將HEV的油耗降低10％。此外，SiC功率半導(dǎo)體具有電流流動(dòng)時(shí)的電阻以及電流開閉時(shí)（電流切換）的損失較小的特點(diǎn)，即使進(jìn)行高頻化也可以使電流高效地流動(dòng)。通過充分發(fā)揮這種性能，可以減小占據(jù)了PCU體積大約40％的線圈、電容器的體積，未來的目標(biāo)是將PCU的體積比目前縮小1/5。

豐田在降低HEV等電動(dòng)車輛的油耗方面，除了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)以及空氣動(dòng)力性能等進(jìn)行改善之外，還將提高功率半導(dǎo)體的效率定位為一項(xiàng)重要技術(shù)，今后，為盡早實(shí)現(xiàn)SiC功率半導(dǎo)體的實(shí)用化，將繼續(xù)加大開發(fā)力度。