新一代汽车的七大领域新技术（上）：低燃耗与小型轻量化

在2014年5月21～23日举办的“人与车科技展2014”上，为了在激烈的全球竞争中取胜而开发的最新技术齐聚一堂，获得了汽车行业技术人员的密切关注。此次展会上，［1］低燃耗、［2］小型轻量化、［3］削减成本、［4］自动驾驶、［5］新材料、［6］新接合技术、［7］新开发工具这七个领域都涌现出了值得关注的技术。本文分三篇，结合图片向大家介绍这些新技术。（《日经制造》人与车科技展采访组）

低燃耗：丰田的SiC功率半导体，欲将燃效提高10％

在本次展会上，参观者络绎不绝、最受关注的当属丰田展出的碳化硅（SiC）功率半导体。功率半导体是动力控制单元（PCU）的核心部件，PCU的作用是控制混合动力车（HEV）等的驱动马达的电流。采用SiC制作功率半导体可以降低电力损耗，大大缩小PCU的体积并大幅提高燃效。丰田共制作了两种SiC功率半导体，分别是控制电流开关的晶体管和控制电流单向流动（整流）的二极管。

左为晶体管，右为二极管。在丰田汽车自己的生产线上制造。

SiC功率半导体由丰田汽车、电装、丰田中央研究所合作开发。丰田汽车在公司内设置了SiC专用的清洁车间。除了晶圆是从外部彩后而来，其他基本都由丰田完成。

使用SiC功率半导体可保持相同性能，使PCU的体积缩小到1/5左右。

开发的目标是替代目前的Si（硅）功率半导体，使燃效提高10％，并且使PCU的体积缩小到原来的1/5。力争在2020年左右，使配备SiC半导体的PCU投入实用。对于成本问题，丰田的解说员表示，“SiC功率半导体的成本虽高，但我们更重视能降低燃耗的优点，所以采用，希望在其他地方削减成本”。

低燃耗：三菱电机展出业内最小的EV驱动系统，采用SiC功率半导体

三菱电机开发出了采用SiC功率半导体、从而缩小了体积的纯电动汽车（EV）驱动系统“EV Motor Drive System”。逆变器的功率模块采用了SiC功率半导体。与使用Si功率半导体的现有系统相比，体积缩小了一半。

SiC功率半导体除了能降低损失以外，还有助于实现逆变器的小型化，因为与Si功率半导体相比，采用SiC功率半导体能够缩小电路内电容器和线圈的体积。Si晶体管在关闭后无法立即断电，在一段时间内会持续通电（尾电流），但SiC晶体管不存在尾电流。因为没有尾电流，所以与Si相比，SiC晶体管能够实现约10倍的高频驱动（高速开关）。实现高频驱动后就可以减少一个周期的开关存储的电量，也就能减小电容器的大小。

业界最小的EV驱动系统。

逆变器嵌入马达的机壳内部，实现了一体化。这样不仅简化了布线和接线，还使马达与逆变器的冷却器合二为一，从而简化了水冷配管。

使用SiC功率半导体使逆变器小型化，并安装在马达机壳内实现一体化。

三菱电机的目标是2023年使这种驱动系统投入实用。希望通过SiC功率半导体普及产生的量产效应，再加上小型化与一体化，逐步压缩成本。