第三代半导体碳化硅器件：可让新能源车能耗降低50%

易车讯 日前，我们从相关渠道获悉，在第三代半导体碳化硅器件的帮助下，可以让当前的新能源车实现充电10分钟，行驶400公里，能耗降低50%的目标，目前中国电子科技集团旗下的多种规格碳化硅器件，已经在新能源车载充电装置上实现了批量应用。

根据中国电子科技集团专家的介绍，新能源汽车如果用传统的第一代半导体器件，充电时间需要半个小时以上，而采用了第三代半导体碳化硅器件以后，可以实现充电10分钟行驶400公里。

碳化硅器件是新能源汽车车载充电装置所需的关键元器件，2020年以前，这类器件完全依赖进口，而现在，中国电科的碳化硅器件，装车量已经达到100万台。

据悉，以碳化硅为代表的第三代半导体被称为“绿色”半导体，目前中国电科的第三代半导体器件实现了从研发到商用的转型，它的器件节能性是硅器件的4倍，可以使新能源汽车能耗降低50%，特高压电网损耗降低60%，轨道交通功率器件系统损耗降低20％以上。

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电驱系统作为电动汽车的“心脏”，它的性能表现至关重要。想在竞争日益激烈的智能电动汽车赛道走得更远，就必须做得性能更强、续航里程更长。因此不少有能力的电动车企业选择了全栈自研三电系统，作为国内新势力车企头部的蔚来就是如此。

这几年我们不论从超跑EP9还是量产车型ES8、ES6、EC6身上都看到了其在性能方面的优势。大浪淘沙，蔚来能冲到行业头部，在极致的服务体系背后还是核心技术的支撑。在2022年第一季度即将交付的蔚来首款轿跑车ET7落地之前，我们来到了位于南京的蔚来先进制造技术中心（简称XPT）参观了解蔚来第二代电驱系统，而ET7正是首款应用第二代电驱系统的量产车型。在这套以“碳化硅SiC”为核心关键词的系统中，二代电驱系统相比之前有哪些改变？

我们知道电驱系统主要由电机、减速器和控制器三部分组成，电机又分为永磁同步电机和异步感应电机。我们先通过蔚来ET7了解下二代电驱系统，位于前轴的180kW永磁同步电机和位于后轴的300kW异步感应电机共同构成了蔚来二代电驱系统的电机部分，从ET7以后推出的车型也将开始搭载二代电驱系统。

回顾此前蔚来量产车型上的电驱系统配置你会发现，二代电驱系统的永磁同步电机和异步感应电机分别在一代电驱系统的基础上进行了升级：从数据上看，永磁同步电机从160kW升级到180kW，异步感应电机从240kW升级到300kW。而为了保证旗下车型的电驱的广泛适应匹配性，二代电驱系统在壳体规格上保持和一代系统一样的标准，以便于后续车型改款后升级。在此强调一点，蔚来也是少数的同时具备异步感应电机和永磁同步电机研发生产制造的企业。

而什么是碳化硅？它是一种材料，属于第三代宽禁带半导体材料，具有开关速度快，关断电压高和耐高温能力强等优点。碳化硅材料主要应用在二代电驱系统的主驱，也就是这个180kW的永磁同步电机上。从二代电驱系统整体看，它主要有三个特点：更高效率、更高性能、更安静。

利用碳化硅功率器件设计的电机控制器，能大幅提高永磁同步电机驱动系统的效率及功率密度。碳化硅器件应用于主驱，还能够提升电动汽车的续航能力。180kW永磁同步电机碳化硅模块的应用，使电控系统的综合损耗降低了4%～6%，很好的改善了ET7在城市工况下的功耗表现。具体来看：

1.更耐高温，同等体积下最大电流能力提升30%以上；

2.适合更宽电压范围工作，扩展兼容性更好；

3.开关速度更快，开关时的功率损耗更小；

4.多目标优化的高速驱动电路设计，采用更小环路电感，更强驱动芯片，来实现更快的开关速度；

5.多目标优化的效率控制策略，变开关频率+离散PWM方案可以大幅降低开关损耗，分别降低35%和33.3%，而调制优化策略则能有效的将系统功率提升5%～10%。这三项技术的加入，能够全面提升电驱动效率；

6.主驱电机CLTC工况效率≧91.5%。

碳化硅材质的应用以及多项的细节优化使得二代电驱系统性能得到提升：从性能参数看，ET7上的二代电驱系统综合峰值功率480kW，相比上代电驱系统提升20%；综合峰值扭矩850N·m，相比上代系统提升23%。它使得ET7百公里加速成绩可以达到3.9s。那系统功率扭矩提升的技术路径有三点：1.优化电磁电机方案；2.优化减速器速比；3.精准预估模块寿命。

前180kW永磁同步电机控制器电流提升，并优化了电机电磁方案，来提升电机功率；减速器速比也进行了调整，从9.57到了10.48，以获得更高的轮端扭矩；

后300kW异步感应电机的控制器电流能力同样进行了提升，并优化了电机电磁方案，提升了电机输出力矩。

这里说的还是180kW的前轴主驱电机，相比于160kW电驱系统，通过悬置融合控制的EDS总成模态优化、电机非均匀气隙及高正旋气隙磁密、齿轴结构优化设计和控制器谐波注入与控制策略的优化，在ET7上实现了更好的NVH效果，车内综合工况噪音进一步降低5-15dB。

1.基于悬置融合控制的EDS总成模态优化

EDS在开发之初，便从整车系统进行优化设计。悬置系统的动静刚度匹配，EDS的模态map的解耦等措施的应用，确保EDS总体架构的实现NVH性能最优。

2.电机非均匀气隙及高正旋气隙磁密

电机在提升性能的同时，通过电磁优化（非均匀气隙）均衡电磁径向力，并通过气隙的正旋化，优化了扭矩波动，达到的最佳的NVH表现。

3.齿轮的齿形齿向精密优化设计

通过对ET7电驱动系统内部齿轮的精密加工，在大批量制造的前提下，做到了微米级别的精度控制，可以让车辆工作时齿轮啮合时更为紧密，提升了传动效率，噪音也更小，可以进一步优化ET7的NVH表现。

4.谐波注入算法迭代优化噪声抖动

迭代优化的谐波抑制算法，在计算出谐波电压后，可以更好的对电压使用谐波电压进行补偿，使电机工作时所产生的电磁噪音，电驱动系统整体噪声降低5~15dB，为用户提供更静谧的驾驶环境。

此外值得一提的是，在二代电驱系统上电机加热电池功能下，当电池在低温下的性能较弱，电机系统通过开发特殊功能，在低温下通过优化利用电机的废热加热电池，最大能提供超4kW的加热功率（相当于4个家用电热炉），让电池始终处于最适宜的工作温度，在低温下能够获得更好的性能和续航表现。但这项功能会让电机产生额外的噪音表现，通过软件谐波控制算法，消除该工况下的噪音。

总结：

首发应用在ET7上的蔚来二代电驱系统最主要是实现了碳化硅的量产，它将于2022年一季度开始交付，蔚来实现这一目标也在行业前三的序列。从碳化硅的技术特性看确实有效提升了电驱系统的各项指标，以保证蔚来的最新三电系统仍保持较强的技术竞争实力。

而碳化硅本身不论从原材料角度还是核心技术研发角度都存在着“被卡脖子”的风险，尤其是核心模块目前仍需依赖进口，蔚来基于对碳化硅的长期看好也与对应的供应商公司签订了长期的合作协议，保证相对优先供货，目前来看这一技术路线的隐忧得到了不错的解决，我们也更期待早日体验到ET7的实际性能表现。

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