隨著近幾年油價(jià)飆升及國(guó)家法規(guī)對(duì)整車(chē)油耗水平的日益嚴(yán)苛，混合動(dòng)力汽車(chē)可謂是風(fēng)生水起，其因優(yōu)異的燃油經(jīng)濟(jì)性及卓越的環(huán)保性能被業(yè)內(nèi)視為新能源汽車(chē)的發(fā)展方向之一。在混合動(dòng)力汽車(chē)的發(fā)展過(guò)程中，各大汽車(chē)廠商不斷對(duì)電池、車(chē)重、控制策略等方面進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，使其油耗進(jìn)一步降低。日前豐田汽車(chē)公司與電裝株式會(huì)社、豐田中央研究所株式會(huì)社合作，利用SiC材料開(kāi)發(fā)出的新型動(dòng)力控制芯片又為降低混合動(dòng)力汽車(chē)油耗提供了一條新途徑。

這種SiC材料功率半導(dǎo)體芯片預(yù)計(jì)將用于混合動(dòng)力汽車(chē)的動(dòng)力控制單元(下稱“PCU”)上，今后一年之內(nèi)將會(huì)在公共道路上開(kāi)始進(jìn)行行駛實(shí)驗(yàn)。未來(lái)的目標(biāo)是與現(xiàn)在的硅材料功率半導(dǎo)體芯片相比，將混合動(dòng)力汽車(chē)的油耗再降低10%，并將PCU的體積減小五分之一。更低的油耗意味著更長(zhǎng)的續(xù)航里程，這點(diǎn)對(duì)混合動(dòng)力汽車(chē)是非常重要的。

為什么一種新材料動(dòng)力控制芯片會(huì)使開(kāi)發(fā)人員有如此宏偉的目標(biāo)？要知道整車(chē)油耗降低10%可不是一個(gè)小數(shù)字，真的僅僅依靠材料的變化就能完成如此艱巨的任務(wù)么？要解決這一疑問(wèn)，我們還要先從PCU開(kāi)始講起。

● 什么是PCU

PCU在混合動(dòng)力等車(chē)輛的電能利用中發(fā)揮著非常重要的作用，如在行駛時(shí)通過(guò)電力供給對(duì)車(chē)速進(jìn)行控制，同時(shí)在減速時(shí)利用電力向電池充電等。形象的說(shuō)其作用類似我們平時(shí)家用電腦所使用的CPU，整車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)完全由它來(lái)“調(diào)兵遣將”，它會(huì)告訴動(dòng)力系統(tǒng)什么時(shí)候該做些什么。

另外，PCU占據(jù)了混合動(dòng)力汽車(chē)電力損失的大約四分之一，而其中大部分源自功率半導(dǎo)體，所以整個(gè)混合動(dòng)力汽車(chē)電力損失的約20%是由于功率半導(dǎo)體造成的。因此，提高功率半導(dǎo)體的效率，即減少電流流動(dòng)時(shí)的電阻，是降低油耗的關(guān)鍵技術(shù)之一。從1997年第一代普銳斯上市時(shí)起，豐田一直在開(kāi)展功率半導(dǎo)體的自主開(kāi)發(fā)工作，致力于降低混合動(dòng)力汽車(chē)的油耗，而其成果便是我們這篇文章的主角SiC材料功率半導(dǎo)體動(dòng)力控制芯片。

● SiC材料功率半導(dǎo)體動(dòng)力控制芯片應(yīng)用效果

SiC是一種硅與碳的化合物，在性能上比傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料硅更有可能提高傳導(dǎo)效率，豐田自從20世紀(jì)80年代起，就對(duì)其開(kāi)展相關(guān)研究，并于2007年開(kāi)展面向?qū)嵱没募夹g(shù)開(kāi)發(fā)。最近，豐田汽車(chē)公司將裝有SiC功率半導(dǎo)體(二極管和晶體管)芯片的PCU配備到混合動(dòng)力汽車(chē)的試制車(chē)上，并在號(hào)稱世界上最嚴(yán)格的JC08燃油模式下對(duì)車(chē)輛進(jìn)行燃油測(cè)試。最終在試車(chē)場(chǎng)進(jìn)行的行駛實(shí)驗(yàn)確認(rèn)裝有SiC功率半導(dǎo)體芯片PCU的混合動(dòng)力汽車(chē)油耗能夠降低5%以上。

小貼士：

JC08是日本2005年10月提出并于2011年10月全面實(shí)施的油耗測(cè)試模式，號(hào)稱世界上最嚴(yán)格的燃油模式。說(shuō)其嚴(yán)格主要是因?yàn)闇y(cè)試中所模擬的測(cè)試環(huán)境更接近于我們平時(shí)開(kāi)車(chē)的實(shí)際環(huán)境，其測(cè)試結(jié)果更接近用戶實(shí)際使用油耗，這種油耗結(jié)果往往比其它一些測(cè)試油耗標(biāo)準(zhǔn)要高，原因很簡(jiǎn)單，因?yàn)槲覀兤綍r(shí)開(kāi)車(chē)不會(huì)總是一帆風(fēng)順嘛。因此在這種測(cè)試環(huán)境下的油耗結(jié)果更具說(shuō)服力。

此外，2013年12月，豐田汽車(chē)公司還在研發(fā)并生產(chǎn)電子控制裝置及半導(dǎo)體等的日本廣瀨工廠內(nèi)部，建設(shè)了用于開(kāi)發(fā)SiC專用半導(dǎo)體的潔凈室，力爭(zhēng)將混合動(dòng)力汽車(chē)的油耗降低10%。

除上面所介紹的節(jié)油優(yōu)勢(shì)，SiC功率半導(dǎo)體還具有電流流動(dòng)時(shí)的電阻以及電流開(kāi)閉時(shí)(電流切換)損失較小的特點(diǎn)，即使進(jìn)行高頻化也可以使電流高效地流動(dòng)。通過(guò)充分發(fā)揮這種性能，可以減小占據(jù)PCU體積大約40%的線圈、電容器的體積，其未來(lái)的目標(biāo)是將PCU的體積比目前縮小五分之一。體積上的縮減及自身重量的減輕，都客觀遵尋了當(dāng)今電子產(chǎn)品的普遍發(fā)展趨勢(shì)。如早期的“大哥大”到今天的智能手機(jī)；老式的手提電腦到今日的“超極本”都是如此。而這種變化對(duì)降低能耗也有著一定程度上的作用。

總結(jié)：目前各大汽車(chē)廠商都在試圖通過(guò)不同方法來(lái)降低混合動(dòng)力汽車(chē)的油耗，提升續(xù)航里程。豐田通過(guò)提高功率半導(dǎo)體的效率降低混合動(dòng)力汽車(chē)油耗的做法無(wú)疑又為人們提供了一條新途徑。不過(guò)設(shè)計(jì)的最終目的是走向應(yīng)用，惠及大眾，是否能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)仍有待時(shí)間來(lái)揭曉答案。但不管降耗10%的預(yù)期能否達(dá)成，對(duì)眾多用車(chē)一族來(lái)說(shuō)，只要降低1%都已稱得上是一件好事，畢竟誰(shuí)不愿意花更少的錢(qián)走更遠(yuǎn)的路呢？

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