ROHM сообщила о применении своих кристаллов из карбида кремния в электрической силовой установке BMW шестого поколения. Новая архитектура Gen6 рассчитана на 800 В и используется в автомобилях семейства Neue Klasse, где силовая электроника должна снизить потери и обеспечить высокую эффективность привода и зарядки.
ROHM подтвердила поставки кристаллов из карбида кремния для электрической силовой установки BMW Neue Klasse. SiC-полупроводники используются в инверторе нового поколения, который BMW разработала для шестой генерации eDrive. Система рассчитана на 800-вольтовую архитектуру и впервые применяется в новой линейке электромобилей марки.
Инвертор встроен непосредственно в корпус электродвигателя. Его задача - преобразовывать постоянное напряжение высоковольтной батареи в переменный ток, необходимый для питания тягового электромотора. В Gen6 BMW полностью переработала ротор, статор, инвертор и системы масляного и водяного охлаждения. Для силового каскада выбраны SiC-полупроводники, которые работают при высоких напряжениях и позволяют уменьшить потери при коммутации по сравнению с традиционными кремниевыми решениями.
Переход на 800 В меняет требования сразу к нескольким узлам электромобиля. При передаче одинаковой мощности более высокое напряжение позволяет снизить ток, а значит - уменьшить резистивные потери в проводниках и силовых элементах. Одновременно растут требования к изоляции, корпусированию и коммутационной стойкости полупроводников. Поэтому материал силовых ключей становится частью общей архитектуры привода, а не отдельным компонентным решением.
BMW указывает следующие изменения в Gen6:
- новая 800-вольтовая высоковольтная система;
- цилиндрические аккумуляторные ячейки с на 20% большей удельной энергетической плотностью по сравнению с прежними призматическими элементами Gen5;
- примерно на 30% более высокая скорость зарядки и на 30% больший запас хода, причем для отдельных моделей прирост может быть выше;
- возможность двунаправленной зарядки;
- полностью переработанные силовая электроника и тепловой контур.
Сама силовая установка Gen6 сохраняет электрически возбужденный синхронный двигатель EESM для задней оси. В полноприводных версиях к нему может добавляться асинхронный двигатель ASM спереди. Такой подход позволяет BMW использовать разные конфигурации привода в зависимости от модели и требуемой мощности. Инвертор с SiC-элементами остается общей частью новой электрической архитектуры.
По данным BMW, в сравнении с полноприводной моделью предыдущего поколения Gen5 суммарные энергетические потери силовой установки нового поколения снижены на 40%, ее масса - на 10%, а затраты - на 20%. Компания оценивает вклад Gen6 в общее повышение эффективности автомобиля примерно в 20%. Эти цифры относятся не только к полупроводникам: результат получен за счет одновременной модернизации двигателя, инвертора, трансмиссии, охлаждения и батареи.
Для первой Neue Klasse BMW заявляла параметры, которые показывают масштаб требований к силовой электронике. В частности, новый iX3 50 xDrive получил расчетный запас хода до 805 км по циклу WLTP и возможность быстрой зарядки постоянным током мощностью до 400 кВт. За десять минут зарядки автомобиль способен пополнить запас хода на величину до 372 км по WLTP при подходящих условиях.
Все основные компоненты привода - ротор, статор, редуктор, инвертор и корпус - BMW планирует выпускать на предприятии в Штайре, Австрия. Там же находится центр разработки электрических приводов и систем терморегулирования. Серийное производство Gen6 на площадке началось в рамках подготовки к выпуску Neue Klasse.
ROHM не раскрыла маркировку конкретных SiC-кристаллов, установленных в приводе BMW. Компания ограничилась подтверждением факта применения своей технологии и отметила, что компоненты должны поддерживать требования к эффективности, надежности, запасу хода и зарядным характеристикам новой платформы. Для автомобильной силовой электроники это означает работу при больших токах, высоком напряжении и многократных температурных циклах на протяжении всего срока эксплуатации машины.
Использование SiC в серийной 800-вольтовой архитектуре BMW показывает дальнейшее расширение применения карбида кремния в тяговых инверторах. Такие компоненты уже перестали быть решением только для отдельных премиальных моделей: переход автопроизводителей к 800 В и мощной быстрой зарядке делает характеристики силовых ключей одним из факторов эффективности всей высоковольтной системы.
В новую высоковольтную систему входит также BMW Energy Master - центральный контроллер, установленный непосредственно на тяговой батарее. Он связывает высоковольтную и низковольтную бортовые сети, обрабатывает данные аккумулятора и управляет распределением энергии к электроприводу. Аппаратную и программную часть этого блока BMW разработала самостоятельно, а серийное производство организовано на предприятии в Ландсхуте.
Батарея Gen6 строится по принципам cell-to-pack и pack-to-open-body. Цилиндрические элементы устанавливаются непосредственно в корпус батареи без промежуточных модулей, а сам аккумулятор становится конструктивным элементом кузова. Для силовой электроники это означает работу в единой 800-вольтовой среде с батареей, зарядным трактом и тяговым приводом. SiC-инвертор в этой схеме отвечает за один из основных процессов преобразования энергии во время движения.
