Silisyum karbür güç yarı iletkenleri, çekiş invertörü, DC/DC dönüştürücü ve yerleşik şarj cihazı gibi temel EV bileşenlerini geliştirerek elektrikli araçların (EV) daha uzun sürüş menzillerine ulaşmasına yardımcı oluyor.
SiC cihazları daha yüksek arıza voltajı ve daha düşük açık direnç özelliğine sahiptir, bu da daha yüksek enerji dönüşüm verimliliği için daha yüksek anahtarlama hızlarında çalışmalarına ve araçlarının yaşam döngüsü boyunca işletme maliyetlerini düşürürken EV pil performansını artırmalarına olanak tanır. Bu, zaman içinde operasyonel giderleri azaltırken daha yüksek pil performansı ile sonuçlanır.
Güç Elektroniği
Silisyum Karbür (SiC), temel uygulamalarda üstün performans sunarak güç elektroniğinde devrim yaratıyor. SiC'nin verimli elektrik işleme yetenekleri, onu elektrikli araç sürüş menzilini uzatan ve akü kontrolü gibi daha hızlı şarj oranlarını mümkün kılan akü kontrol uygulamaları için ideal hale getirmektedir.
SiC cihazları, silikon bazlı alternatiflere göre daha düşük anahtarlama kayıpları ve iletim kayıpları ile maksimum sürüş menzili elde etmek için güç dönüştürme ve dağıtım süreçlerini optimize ederek elektrikli araçların bu artan ihtiyacı karşılamasına yardımcı olabilir.
SiC cihazları silikon muadillerine göre daha yüksek çalışma sıcaklıklarında çalışarak çok daha yüksek frekanslarda çalışmalarını sağlar ve böylece daha küçük, daha hafif ve daha kompakt devre tasarımlarına olanak tanıyarak daha basit, daha güvenilir tasarımlar ve daha az soğutma ihtiyacı sayesinde maliyet tasarrufu sağlar.
SiC'nin yüksek arıza gerilimi, elektrikli araç (EV) güç uygulamalarında kullanılan çok daha yüksek akımlara ve gerilimlere dayanmasını sağlar, bu da çekiş invertöründen yerleşik şarj cihazına kadar çeşitli uygulamalar için daha az maliyetli, daha ince, daha kompakt cihazlar yapılabileceği anlamına gelir.
Bu güç elektroniği bileşenleri, elektrikli araçların şarjlar arasında daha uzun mesafeler kat etmesine yardımcı olmak, böylece menzil kaygısını hafifletmek ve yeşil mobiliteye geçişi hızlandırmak için çok önemlidir. SiC, bu endüstride devrim yaratabilecek gelişmiş verimlilik ve güç yoğunluğu, daha düşük maliyetler ve gelişmiş güvenilirlik dahil olmak üzere benzersiz performans özelliklerine sahiptir.
Yole Developpement, milyarlarca dolarlık yarı iletken pazarında silikonun baskın olmaya devam edeceğini öngörmektedir; ancak Yole, SiC ve galyum nitrür gibi diğer geniş bant aralıklı (WBG) malzemelerin yakın gelecekte elektrikli araç güç elektroniğinde önemli ölçüde büyüyeceğini tahmin etmektedir. SiC'nin üstün performansı ve maliyet rekabetçiliği, onu bu sektördeki yenilikleri desteklemek için ideal bir aday haline getirmektedir.
Ticari silikon yarı iletkenler tipik olarak 175 santigrat dereceye kadar sıcaklıklara bozulmadan dayanabilirken, SiC elektriksel özelliklerini kaybetmeden çok daha yüksek sıcaklıklara dayanabilir ve tasarımcılara güç dönüştürme süreçlerini optimize ederken ve pil verimliliğini optimize ederken daha fazla seçenek sunar. SiC ayrıca şarj sürelerini hızlandırırken pil ömrünü uzatmaya da yardımcı olur.
Otomotiv
Elektrikli araç (EV) teknolojilerini benimsemek isteyen otomotiv OEM'leri sürekli olarak daha verimli ve etkili güç dönüştürme teknolojileri aramak zorundadır. SiC gibi silisyum karbür yarı iletkenler, başta güç dönüştürme bileşenleri olmak üzere otomobilin birçok alanında geleneksel silikon cihazların yerini almalarını sağlayacak birçok avantaja sahiptir.
SiC çipler, silikon (Si) cihazlara göre daha yüksek sıcaklıklara, daha yüksek voltajlara ve daha hızlı anahtarlama hızlarına dayanma kapasitesine sahipken, önemli ölçüde azaltılmış enerji kayıpları sunar; aslında, sonuç olarak yüzde 50'ye kadar daha az ısı atığı meydana gelir. Bu da otomobil üreticilerine, araçların tek bir şarjla daha uzağa gitmesini ya da daha hızlı şarj edilmesini sağlayan daha küçük, daha hafif güç dönüştürücüleri üretme imkânı vermektedir - otomobil üreticilerine daha uzun araç sürüşleri ya da daha hızlı şarj süreçleri için daha küçük, daha hafif güç dönüştürücüleri üretme seçenekleri sunmaktadır.
Bu örneklerden biri, elektrikli araçlarda motorlarına güç sağlamak için kullanılan çekiş invertörüdür. Bu kritik bileşen, darbe genişliği modülasyonlu motorları çalıştıran darbe genişliği modülasyonlu diyotlara sahip altı silikon yalıtımlı kapı bipolar transistörüne (IGBT'ler) dayanır; IGBT'lerin SiC MOSFET'lerle değiştirilmesinin, invertör boyutunu ve ağırlığını yüzde 10 oranında azaltırken pil verimliliğini yüzde 50 oranında artırmada etkili olduğu kanıtlanmıştır.
Otomobil üreticileri bu avantajlardan yararlanmak için güç dönüştürücülerinde, özellikle de çekiş invertörlerinde (motorlara güç sağlayan) SiC cihazları kullanan daha fazla otomobil üreticisinin farkına varıyor. Bir çekiş invertörü, bir aracın bir şarjla ne kadar uzağa gidebileceğini ve ne kadar hızlı şarj olabileceğini belirlediği için elektrikli bir araçta önemli bir bileşendir.
Çekiş invertörleri, çoğu bileşenden daha yüksek voltajlarda yüksek verimli güç dönüşümü gerektirir ve SiC gibi hem yüksek akım yoğunluğuna hem de termal performansa sahip anahtarlama elemanları gerektirir. Diğer yarı iletken malzemeler, silikon (Si) gibi Si'ye kıyasla daha düşük iletkenlikler sunar.
SiC üreticileri otomobil üreticileriyle giderek daha fazla ortaklık arayışına girmektedir. Bu ortaklıklar bazı durumlarda geleneksel tedarik anlaşmaları şeklinde olurken bazı durumlarda da stratejik veya Ar-Ge işbirliklerini içerebilmektedir. Bu nedenle, mevcut ve potansiyel SiC üreticileri, gelecekteki iş fırsatlarını güvence altına almak için OEM'lerle erkenden ilişkiler geliştirmelidir; bunu yapmak, otomotiv tasarım platformları için gerekli teknik yeterliliği ve tedarik güvencesini elde etmelerini sağlayacaktır.
Yenilenebilir Enerji
Silisyum Karbür (SiC) yarı iletkenler elektriği dönüştüren, kontrol eden ve dağıtan güç elektroniğinin önemli bir bileşeni haline gelmiştir. Silikon geleneksel olarak bu bileşenler için tercih edilen malzeme olsa da SiC, silikon tabanlı selefine göre daha yüksek sıcaklıklarda, daha yüksek voltajlarda ve daha yüksek anahtarlama hızlarında gelişmiş performans sunarak yenilenebilir enerji uygulamalarına uygun daha verimli kompakt güç sistemleri yaratmaktadır.
Bunlar arasında güneş panellerinden ve rüzgar türbinlerinden şebekeye akan orta voltajlı elektriği yönetmek için kullanılan güç aşamaları da yer almaktadır; burada silisyum karbür cihazlar kayıpları 50%'ye kadar azaltmaya yardımcı olabilir ve sistem boyutunu veya maliyetlerini artırmadan ortaya çıkan verimlilik standartlarını karşılamayı mümkün kılabilir.
Silisyum karbür anotların yüksek kapasite ve üstün güvenlik ile uzun döngüsel kararlılık sunduğu da kanıtlanmıştır ve döngü sırasında hacim genişlemesini sınırlama yetenekleri, pil ömrünün ve güvenilirliğinin kritik bir unsurudur ve kapasite kayıplarının yanı sıra erken hücre arıza oranlarını en aza indirmeye yardımcı olur.
Silikon-karbon piller, yenilenemeyen ve yüksek oranda kirletici olan lityum-iyon pillere kıyasla daha küçük bir ayak izine ve daha az çevresel etkiye sahiptir. Sonuç olarak silikon-karbon teknolojisi, Honor'un en son amiral gemisi akıllı telefonuna dahil edeceğini duyurması gibi önemli yatırımlar çekmiştir.
SiC aynı zamanda elektrikli araçlara (EV) güç sağlama biçiminde de devrim yaratıyor. SiC çipleri, daha verimli enerji yönetimi sağlamak için çekiş motoru kontrolörleri ve araç üstü şarj cihazları için güç elektroniğine entegre ediliyor ve bu da elektrikli araçların daha geniş çapta benimsenmesinin önündeki en büyük engellerden biri olan daha uzun sürüş menzillerine yol açıyor ve tüketicinin menzil kaygısını hafifletiyor.
SiC, batarya şarj hızlarını 50%'ye kadar önemli ölçüde hızlandırarak şarj sürelerini azaltmaya ve elektrikli araç menzilini uzatmaya yardımcı olabilir. Ayrıca, SiC'nin invertörler ve güç modülleri gibi temel güç elektroniği bileşenlerinde kullanılması, ağırlık ve boyutun önemli ölçüde azaltılmasına yardımcı olarak daha fazla verimlilik ve menzile katkıda bulunur.
ON Semiconductor, güç elektroniği uygulamalarında artan talebi karşılamak için SiC yongalarının üretimini artırdı. Daha iyi menzil için Model 3'ün çekiş invertörlerine eklemek üzere Tesla gibi büyük otomobil üreticileriyle zaten işbirliği yapıyorlar.
Enerji Depolama
Silisyum karbür (SiC) elektriğin dönüştürülme, kontrol edilme ve dağıtılma biçiminde devrim yaratıyor. Silikon (Si) öncüllerine göre daha yüksek arıza gerilimi, daha yüksek anahtarlama hızları ve daha düşük açık direnç sunan SiC, her zamankinden daha küçük ayak izleri ve daha fazla kompaktlık ile daha verimli güç elektroniği çözümleri sunmaktadır. SiC cihazları, elektrikli araç şarj sistemleri veya güneş enerjisi depolama çözümleri gibi enerji depolama sistemlerinde, daha düşük maliyetlerle daha yüksek güvenilirlikte yüksek verimlilik ve güç yoğunluğu gerektiren pil enerji depolama ile yaygın bir uygulama alanı bulmuştur - her iki SiC cihazı da bu talepleri üstün güvenilirlikle karşılayabilir ve daha önce hiç olmadığı kadar yüksek verimlilik / yoğunluk / sistem maliyeti seviyelerinde daha yüksek güç yoğunluğu sunabilir!
SiC yarı iletkenler, çekiş motorlarını ve yerleşik şarj cihazlarını kontrol eden elektrikli araç (EV) güç invertörlerinin önemli bir parçası haline geliyor, geleneksel araba motorlarına kıyasla sürüş menzilini artırıyor ve şarj süresini azaltıyor, elektrikli mobiliteye geçişi hızlandırırken tüketicinin menzil endişesiyle mücadeleye yardımcı oluyor.
Elektrikli araç güç elektroniğindeki SiC teknolojisi aynı zamanda boyut ve ağırlığın azalmasını sağlayarak daha az karbon emisyonu ve bunların dönüştürülmesi ve dağıtımıyla ilgili maliyetleri olan daha yakıt tasarruflu araçlara yol açmaktadır. SiC aynı zamanda karbon emisyonlarının yanı sıra dönüştürme süreçlerini ve dağıtım ağlarını iyileştirerek maliyetleri azaltan iyileştirilmiş dönüştürme ve dağıtım süreçleri yoluyla verimliliği artırabilmektedir.
Toplum fosil yakıtlardan uzaklaşıp yenilenebilir enerjilere yöneldikçe, rüzgar veya güneş paneli tarafından üretilen gücü depolamak için batarya depolama sistemlerinin giderek daha verimli hale gelmesi gerekmektedir. SiC yalıtımlı kapı bipolar transistörleri (IGBT'ler), alternatif enerjilerin şebekeye ve tüketicilere güvenilir ve verimli bir şekilde iletilmesi/dağıtılması için silikon muadillerine göre daha yüksek akım/gerilim kapasitesi, daha yüksek güç yoğunluğu ve daha yüksek anahtarlama hızları sunar.
Silisyum Karbür (SiC) tabanlı Yalıtımlı Kapı Bipolar Transistörler (IGBT'ler) ve MOSFET'ler daha hızlı anahtarlama, daha düşük sıcaklıklar, gelişmiş akım kapasitesi ve daha az kayıp ile geleneksel silikon teknolojisinden daha yüksek performans sağlar. Bu da yerleşik şarj cihazları, endüstriyel ekipmanlar için DC/DC dönüştürücüler, şebeke üstü güneş invertörleri, kaynak makineleri veya kesintisiz güç kaynakları gibi güç kaynağı çözümlerinde uygulandığında daha fazla güvenilirlik ve verimlilik sağlar.
SiC yarı iletkenlerin elektrikli araçlar (EV'ler), güneş enerjisi panelleri, endüstriyel tesisler ve batarya enerji depolama sistemleri dahil olmak üzere çeşitli pazar segmentlerinde ve uygulama alanlarında hızla benimsenmesi beklenmektedir. SiC şu anda elektrikli araçların çekiş invertörlerinde, DC-DC dönüştürücülerinde ve yerleşik şarj cihazlarında, ağırlığı, alan gereksinimlerini ve maliyeti azaltırken sürüş menzilini artırmak ve ayrıca pillerin şarj sürelerini kısaltarak araç verimliliğini artırmak için kullanılmaktadır.