使用 McLaren Applied 的800V SiC逆变器加快充电时间

逆变器平台第 5 代 （IPG5） 是一款 800 V 碳化硅逆变器，可实现更快的充电、更高的效率和更长的续航里程，已在 McLaren Applied 接近满负荷生产。

在汽车、商用车、航空航天和船舶行业，迈凯轮应用是高效电气化的推动者。为了与传统的内燃机竞争，电动汽车需要更快的充电时间，因此 EV 充电系统正在迅速转向输出功率高达 350 kW 的解决方案，以将充电时间缩短至不到 20 分钟。由于此类功率、电压和电流水平，设计人员面临着新的工程问题。

逆变器既是高性能又是敏感元件：它管理数百千瓦的功率，同时根据驾驶员的需要对其进行精细调制。

因此，很明显，逆变器故障会给电动汽车带来一系列问题。McLaren Applied 的第五代逆变器利用了一级方程式技术并使其适应电动汽车市场。

McLaren 表示，OEM 可能期望 IPG5 的充电时间更快，同时保持成本和可持续性。McLaren Applied 与 OEM 客户密切合作进行持续的开发和测试。2022年3月2日，IPG5制造意图设计在英国国家摩托车博物馆的未来推进大会上亮相。McLaren Applied 现在正在向客户运送原型装置，为 2024 年的量产做准备。

McLaren 表示，OEM 可能期望 IPG5 的充电时间更快，同时牢记成本和可持续性。该公司与 OEM 客户密切合作，进行持续的开发和测试。IPG5 制造意图设计于 2022 年 3 月 2 日在英国国家摩托车博物馆举行的未来推进大会上首次亮相。McLaren Applied 已经在向客户运送原型装置，为 2024 年开始的大规模生产做准备。

基于 SiC 的逆变器

IPG5 是一款 800V SiC 逆变器，支持快速充电并提供一流的动力总成效率。IPG5 可以为高达 350 kW 以上的电动机提供动力，峰值持续 250 kW，重量和体积分别为 5.5 公斤和 3.79 升。它专为包括直接驱动在内的汽车应用而设计，可高效地高速运行电机并符合 ISO 26262 ASIL-D 标准。

“800 V 很可能成为电动汽车事实上的标准总线电压，因为它为超快速充电打开了大门，”迈凯轮应用电气化主管斯蒂芬兰伯特说。“如今 800 V 基础设施是有限的，但随着它变得越来越可用，越来越多的车辆将使用这种基础设施，而 800 V 将变得司空见惯。它将允许消费者在与加满一箱汽油的时间相当的时间内充电，同时通过使较小的电池足以满足日常使用来帮助降低电动汽车的成本。

“转向 800 V 将与碳化硅的使用增加相吻合，因为 SiC 的效率优势补充了转向 800 V 的好处，”他补充道。“更高的效率可以减小组件和冷却系统的尺寸，从而使车辆在车辆层面更轻、更高效。这意味着电池可以做得更小，从而制造出更轻、更高效的车辆。这最终意味着每千瓦时行驶的距离会更大［对于更长的范围］，并且可以提高每分钟的充电率［对于更快的充电］。”

更小的电路和更轻的重量，以及改进的重量分布和更低的总功耗，都是在逆变器中采用 SiC 技术的优势。这是因为 SiC MOSFET 可以在明显更高的开关频率下工作，从而使逆变器的许多电路部件变得更小。与传统的硅功率半导体相比，SiC 器件还可以在更大的电压和电流下工作，从而即使在高温下也能提高功率密度并降低开关损耗。

800-V 架构旨在通过减少电线和更快的充电来适应下一代电动汽车。SiC 技术通过大幅提高开关频率来提供高开关频率，从而实现更快、更高效和更轻的传输。由于高效切换产生的热量更少，冷却系统可能会更小，从而降低变速器的重量和成本。

“随着向 800 V 和 SiC 的转变应该会减少产生的热能，原始设备制造商将资源分配给热管理的需求也应该会减少，”Lambert 说。“这将与通过将电力电子设备更多地集成到更广泛的系统中来降低成本的拉动相吻合。因此，功率器件很可能会演变为专为汽车冷却系统而设计。我们已经看到制造商之间在功率模块上采取了积极的降低成本的策略。下一步将是通过整合到更广泛的系统中来确保降低成本。”

动力传动系统效率的提高可以减小电池尺寸，这占电动汽车总成本的很大一部分。根据 McLaren 的说法，对于系统设计人员来说，IPG5 凭借最先进的体积功率密度可以轻松打包。逆变器可以不带外壳提供，这在将现成组件封装到定制系统中时提供了极大的灵活性。

“已经做了大量工作来降低电动汽车电池系统的成本，以使电动汽车的价格与传统汽车持平，”兰伯特说。“电池价格的进一步下降可能是由于制造工艺的改进和产量的增加。然而，还有其他领域——特别是传动系统，其中逆变器是关键部件——并没有看到相同的成本降低举措，在不久的将来，技术创新和生产工艺创新将混合在一起。”

向电动汽车的过渡和内燃机的逐步替代正在推动制造越来越高效的电动汽车的竞赛。对于这些应用，电力电子设备发挥着重要作用，允许更高效的逆变器、转换器、动力系统和车载充电器。