電裝開始批量生產(chǎn)搭載了SiC（碳化硅）功率半導(dǎo)體的新一代升壓功率模塊。該模塊首先用于今年12月9日在日本正式發(fā)售的燃料電池電池車Mirai車型。

至此，電裝與豐田的SiC功率模塊的應(yīng)用歷經(jīng)HEV、燃料電池巴士和燃料電池乘用車。

SiC在Mirai燃料電池車中的作用

新Mirai的新一代固態(tài)燃料電池核心組件Toyota FC Stack搭配了使用多個(gè)SiC功率半導(dǎo)體的FC升壓變換器。升壓變換器的作用是輸出高于輸入電壓的電壓。

據(jù)電裝的測算，與采用Si基功率半導(dǎo)體的產(chǎn)品相比，搭載了SiC功率半導(dǎo)體（含二極管和晶體管）的新型升壓功率模塊體積縮小了約30%，損耗降低了約70%，在實(shí)現(xiàn)功率模塊小型化的同時(shí)提升了車輛的燃油效率。

豐田稱，通過在FC升壓變壓器中使用SiC半導(dǎo)體，采用鋰離子低壓蓄電池等方式，降低系統(tǒng)能耗損失。同時(shí)，在提升FC電堆性能的基礎(chǔ)上，通過采用觸媒活性再生控制技術(shù)，提升發(fā)電效率。從而豐田實(shí)現(xiàn)了新Mirai WLTC工況最高續(xù)航里程約850km，較上一代車型提升約30%。

電裝首次將SiC晶體管和二極管同時(shí)用于汽車

豐田認(rèn)為，影響混合動(dòng)力車燃效的各因素中，大約20％的電力損耗是功率半導(dǎo)體造成的。因此，功率半導(dǎo)體的高效率化是提高燃效的關(guān)鍵技術(shù)之一。自主開發(fā)功率半導(dǎo)體，提高車輛的效率，非常必要。

與傳統(tǒng)的硅（Si）相比，SiC是一種在高溫，高頻和高壓環(huán)境下具有卓越性能的半導(dǎo)體材料。因此，不少車企為了顯著減少系統(tǒng)的損耗，縮減尺寸，減輕重量，并加速電氣化，選擇或考慮在關(guān)鍵設(shè)備中采用SiC。

電裝在2014年實(shí)現(xiàn)了將SiC晶體管應(yīng)用到音響上，2018年實(shí)現(xiàn)了SiC二極管的車載化應(yīng)用，被采用到了豐田燃料電池大巴(TOYOTA SORA)上。

如今，電裝已開發(fā)出新的車載SiC晶體管，從此可以將SiC晶體管和二極管同時(shí)用于汽車上。其全新開發(fā)的SiC MOSFET采用了電裝特有的溝槽柵極構(gòu)型，可以在富于挑戰(zhàn)性的車載環(huán)境中實(shí)現(xiàn)高可靠性和高性能。根據(jù)Research and Markets的一份報(bào)告，電裝在溝槽SiC MOSFET的專利競賽保有領(lǐng)先優(yōu)勢。

豐田與電裝的半導(dǎo)體合作歷程

豐田和體系內(nèi)供應(yīng)商電裝在半導(dǎo)體技術(shù)方面一直有著深度的合作。

從1980年代起，豐田旗下的豐田中央研究所就開始和電裝共同推進(jìn)SiC的研究，豐田從2007年開始參與到開發(fā)中。

2013年12月，豐田在廣瀨工廠建立了一個(gè)專門用于SiC半導(dǎo)體開發(fā)的生產(chǎn)設(shè)施，例如專用于SiC的潔凈室等。

2014年及以后，豐田汽車在普銳斯和凱美瑞混動(dòng)車的PCU中安裝了共同開發(fā)的SiC功率半導(dǎo)體，并進(jìn)行重復(fù)駕駛測試和公路測試。在測試路線上進(jìn)行的試駕確認(rèn)燃油效率提高超過5％。

凱美瑞HEV試制車的PCU內(nèi)，升壓轉(zhuǎn)換器及用于控制電動(dòng)機(jī)的逆變器中都使用了SiC功率半導(dǎo)體(晶體管、二極管)。

自2015年1月9日起，在作為豐田市內(nèi)的公交線路上正式運(yùn)營的燃料電池巴士（FC巴士）上，控制燃料電池堆電壓的FC升壓轉(zhuǎn)換器采用了SiC二極管。通過巴士的實(shí)際運(yùn)營收集行駛數(shù)據(jù)，來驗(yàn)證新材料的燃油經(jīng)濟(jì)性提升效果。2018年，豐田在其SORA燃料電池公共汽車中使用了車載SiC二極管。

今年4月，電裝和豐田合資成立MIRISE，進(jìn)行下一代先進(jìn)車載半導(dǎo)體的研究和開發(fā)。MIRISE將結(jié)合豐田在整車和電裝在零部件的經(jīng)驗(yàn)，致力于三個(gè)技術(shù)領(lǐng)域：功率電子、傳感器、SoC。

合資公司的成立標(biāo)志著豐田決定將主要電子元件業(yè)務(wù)整合到電裝。例如生產(chǎn)方面，于2020年4月1日把豐田廣瀨工廠內(nèi)的電子元件生產(chǎn)全部轉(zhuǎn)讓給到電裝。開發(fā)方面，豐田同樣計(jì)劃將圖紙和開發(fā)設(shè)備等轉(zhuǎn)移到電裝，完成整合。

豐田與電裝就半導(dǎo)體研發(fā)和生產(chǎn)的從合作到整合，進(jìn)一步凸顯出他們對車載半導(dǎo)體的重視。

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