大功率IGBT快充技术趋势下 大家为何纷纷选择MOSFET?
时间:2020/10/22 来源:上海东魅半导体有限公司

IGBTMOSFET同为充电桩必不可少的功率开关器件,被称之为新能源汽车充电桩的心脏,但是两者的使用却存在着争议

近期,有业内人士向高工电动车网透露,随着动力电池技术的不断突破及新能源汽车续航里程的不断提高,大功率IGBT快充技术才是未来十年的发展趋势,而目前大部分充电桩企业纷纷选择使用另一充电模块--MOSFET模块。

既然大功率IGBT快充技术才是趋势,为何大家却转而选择MOSFET呢?高工电动车网与科陆电子、盛弘电气、容一电动等多家充电桩企业了解到,选择应用IGBTMOSFET主要还得看具体的方案决定。现阶段,基于充电桩功率、工作频率、电压、电流、性价比等综合因素考量下,大多数充电桩企业主要使用MOSFET作为开关电源模块的核心器件。

另外,业内人士表示,要实现1000V以上、350A以上的大功率直流快充,才需要用IGBT模块。但是,大功率快速充电短期内难以实现,尚需要解决许多挑战和难题。因此,短期内大部分充电桩企业还是会使用MOSFET为主。

为何充电桩企业纷纷选用MOSFET?

深圳容一电动科技有限公司产品经理王震山表示,IGBTMOSFET的选用具体还得看充电桩的方案来做选择,一般情况下大功率直流充电桩才会选用IGBT

尽管IGBT可以做到很大功率,电压和电流也可以做到很高。但是IGBT的工作频率(Hz)并不高,最高只能达到100KHZ王震山补充说道,现阶段,受成本、性价比等优势影响,大部分厂商还是倾向于选用MOSFET

而另一位不愿意具名的业内人士表达了同样的观点。他认为,尽管开关电源的性能很大程度上依赖于功率半导体器件的选择,但是并没有万全的方案来解决选择IGBT还是MOSFET的问题,更没有说选择IGBT就更具优势。

“MOSFEIGBT是没有本质区别的,MOSFET好还是IGBT好的问题本身就是错误的,我们需要用辩证的方法来考虑这个问题,而不是用好坏来区分。上述业内人士补充说道。

综合来看,IGBTMOSFET均采用国外进口,成本大约占充电桩总成本的20%左右。其中,IGBT的优势在于大功率及耐压性更好,常用于高压(大于600V)的领域;而相比IGBTMOSFET的耐冲击性好、故障率低、可扩展性好,常用于低压大电流的领域。

因此,尽管大功率快速充电是未来趋势,但是由于大功率充电对车载IGBT模块的尺寸、重量、耐压性能等提出了更高的要求,同时大功率充电在成本、技术等方面尚存在许多挑战。目前我国大部分充电桩企业基于电流、电压、成本及性价比等多方面因素考虑,大多选择MOSFET作为开关电源模块的核心器件。

大功率快充技术的前景及挑战

不可否认的是,大功率快速充电是未来的必然趋势。

随着动力电池技术的不断突破,以及新能源汽车续航里程的不断提高,宝马、戴姆勒、奥迪、特斯拉等车企纷纷宣布加入大功率快充的阵营,以实现快速充电、提高出行效率的目标。

南京南瑞集团国际部副主任倪峰公开表示,大功率充电的需求非常明确,尤其是商用车、出租车、网约车等营运车辆,对于大功率充电的需求最为迫切。

在此背景之下,业内人士表示,具备大功率、高耐压等性能优势的IGBT在充电桩的应用或大幅增长。届时,根据相关数据统计显示,预计未来5年新能源汽车和充电桩将带动我国IGBT模块200亿元的市场需求。

但是,中国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高在今年的百人会上表示,大功率充电短期内很难实现。一方面,大功率充电对车载IGBT模块的尺寸、重量、耐压性能等提出了更高的要求,以英飞凌为代表的全球前列的半导体供应商,尚难以解决大功率充电所带来的高频、高压等问题。

另一方面,大功率快充技术对整车成本有较大影响,以碳化硅为例,目前碳化硅在产量、技术及成本上很难实现,且产品尚处于换代研发期,预计到2025年才有可能实现规模化。

除此之外,业内人士认为,要实现大功率快速充电,还需要提高动力电池、充电桩、电动汽车整车、电网等整体技术和设计要求。具体要求如下:

对于动力电池而言,按照燃油车的使用习惯,要实现充电时间在10-20分钟以内,完全充满电,充电倍率至少需要3-6C之间,充电功率需要300-600KW之间,目前我国充电标准无法覆盖如此大的充电功率。

充电桩方面,要实现大功率直流充电需要从电压、电流等方面来提升,由此将对充电桩的电流、电压、温度、兼容度、电流速度等设计提出新的要求。

整车方面。如果要实现大功率直流快速充电(电压高于1000V,电流高于350A),整车的电压平台将会同步提高到1000V以上。在此背景之下,电池、电机、电控等的控制策略也需要重新开发,且开发周期较长,而整车的高压防护等级、热管理等均需要全面提高。

电网方面。从实际情况出发,大规模建设大功率充电站可能会存在降低大电网整体投入产出效益、电网需求响应能力下降、大量负荷等问题。