逆變器平臺第 5 代 （IPG5） 是一款 800 V 碳化硅逆變器，可實現(xiàn)更快的充電、更高的效率和更長的續(xù)航里程，已在 McLaren Applied 接近滿負荷生產(chǎn)。

在汽車、商用車、航空航天和船舶行業(yè)，邁凱輪應用是高效電氣化的推動者。為了與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機競爭，電動汽車需要更快的充電時間，因此 EV 充電系統(tǒng)正在迅速轉(zhuǎn)向輸出功率高達 350 kW 的解決方案，以將充電時間縮短至不到 20 分鐘。由于此類功率、電壓和電流水平，設(shè)計人員面臨著新的工程問題。

逆變器既是高性能又是敏感元件：它管理數(shù)百千瓦的功率，同時根據(jù)駕駛員的需要對其進行精細調(diào)制。

因此，很明顯，逆變器故障會給電動汽車帶來一系列問題。McLaren Applied 的第五代逆變器利用了一級方程式技術(shù)并使其適應電動汽車市場。

McLaren 表示，OEM 可能期望 IPG5 的充電時間更快，同時保持成本和可持續(xù)性。McLaren Applied 與 OEM 客戶密切合作進行持續(xù)的開發(fā)和測試。2022年3月2日，IPG5制造意圖設(shè)計在英國國家摩托車博物館的未來推進大會上亮相。McLaren Applied 現(xiàn)在正在向客戶運送原型裝置，為 2024 年的量產(chǎn)做準備。

McLaren 表示，OEM 可能期望 IPG5 的充電時間更快，同時牢記成本和可持續(xù)性。該公司與 OEM 客戶密切合作，進行持續(xù)的開發(fā)和測試。IPG5 制造意圖設(shè)計于 2022 年 3 月 2 日在英國國家摩托車博物館舉行的未來推進大會上首次亮相。McLaren Applied 已經(jīng)在向客戶運送原型裝置，為 2024 年開始的大規(guī)模生產(chǎn)做準備。

基于 SiC 的逆變器

IPG5 是一款 800V SiC 逆變器，支持快速充電并提供一流的動力總成效率。IPG5 可以為高達 350 kW 以上的電動機提供動力，峰值持續(xù) 250 kW，重量和體積分別為 5.5 公斤和 3.79 升。它專為包括直接驅(qū)動在內(nèi)的汽車應用而設(shè)計，可高效地高速運行電機并符合 ISO 26262 ASIL-D 標準。

“800 V 很可能成為電動汽車事實上的標準總線電壓，因為它為超快速充電打開了大門，”邁凱輪應用電氣化主管斯蒂芬蘭伯特說。“如今 800 V 基礎(chǔ)設(shè)施是有限的，但隨著它變得越來越可用，越來越多的車輛將使用這種基礎(chǔ)設(shè)施，而 800 V 將變得司空見慣。它將允許消費者在與加滿一箱汽油的時間相當?shù)臅r間內(nèi)充電，同時通過使較小的電池足以滿足日常使用來幫助降低電動汽車的成本。

“轉(zhuǎn)向 800 V 將與碳化硅的使用增加相吻合，因為 SiC 的效率優(yōu)勢補充了轉(zhuǎn)向 800 V 的好處，”他補充道。“更高的效率可以減小組件和冷卻系統(tǒng)的尺寸，從而使車輛在車輛層面更輕、更高效。這意味著電池可以做得更小，從而制造出更輕、更高效的車輛。這最終意味著每千瓦時行駛的距離會更大［對于更長的范圍］，并且可以提高每分鐘的充電率［對于更快的充電］?！?/p>

更小的電路和更輕的重量，以及改進的重量分布和更低的總功耗，都是在逆變器中采用 SiC 技術(shù)的優(yōu)勢。這是因為 SiC MOSFET 可以在明顯更高的開關(guān)頻率下工作，從而使逆變器的許多電路部件變得更小。與傳統(tǒng)的硅功率半導體相比，SiC 器件還可以在更大的電壓和電流下工作，從而即使在高溫下也能提高功率密度并降低開關(guān)損耗。

800-V 架構(gòu)旨在通過減少電線和更快的充電來適應下一代電動汽車。SiC 技術(shù)通過大幅提高開關(guān)頻率來提供高開關(guān)頻率，從而實現(xiàn)更快、更高效和更輕的傳輸。由于高效切換產(chǎn)生的熱量更少，冷卻系統(tǒng)可能會更小，從而降低變速器的重量和成本。

“隨著向 800 V 和 SiC 的轉(zhuǎn)變應該會減少產(chǎn)生的熱能，原始設(shè)備制造商將資源分配給熱管理的需求也應該會減少，”Lambert 說?！斑@將與通過將電力電子設(shè)備更多地集成到更廣泛的系統(tǒng)中來降低成本的拉動相吻合。因此，功率器件很可能會演變?yōu)閷槠嚴鋮s系統(tǒng)而設(shè)計。我們已經(jīng)看到制造商之間在功率模塊上采取了積極的降低成本的策略。下一步將是通過整合到更廣泛的系統(tǒng)中來確保降低成本。”

動力傳動系統(tǒng)效率的提高可以減小電池尺寸，這占電動汽車總成本的很大一部分。根據(jù) McLaren 的說法，對于系統(tǒng)設(shè)計人員來說，IPG5 憑借最先進的體積功率密度可以輕松打包。逆變器可以不帶外殼提供，這在將現(xiàn)成組件封裝到定制系統(tǒng)中時提供了極大的靈活性。

“已經(jīng)做了大量工作來降低電動汽車電池系統(tǒng)的成本，以使電動汽車的價格與傳統(tǒng)汽車持平，”蘭伯特說。“電池價格的進一步下降可能是由于制造工藝的改進和產(chǎn)量的增加。然而，還有其他領(lǐng)域——特別是傳動系統(tǒng)，其中逆變器是關(guān)鍵部件——并沒有看到相同的成本降低舉措，在不久的將來，技術(shù)創(chuàng)新和生產(chǎn)工藝創(chuàng)新將混合在一起?！?/p>

向電動汽車的過渡和內(nèi)燃機的逐步替代正在推動制造越來越高效的電動汽車的競賽。對于這些應用，電力電子設(shè)備發(fā)揮著重要作用，允許更高效的逆變器、轉(zhuǎn)換器、動力系統(tǒng)和車載充電器。