即將爆發？汽車無線充電效率達97%，SiC竟如此關鍵！

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2022-03-17 08:38:47 0

最近，美國一家機構宣布，他們研發了效率高達97%的無線充電方案，效率比有線方案還高，汽車有望15分鐘就充滿電。而其中的關鍵就包括采用了全SiC模塊，以及使用創新的封裝技術和材料。

早前，寶馬、奔馳、保時捷已推出相關車型，豐田、現代、比亞迪等眾多車企也都有相關研發，但無線充電進展較慢。這項技術的出現能否帶來革命性變化？能否加速汽車無線充電的商業化進程？

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效率高達97%

15分鐘充滿電？

5月18日，美國橡樹嶺*實驗室（ORNL）在其官網發布消息稱，他們已成功演示了120kW無線充電系統，效率高達97%。

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據介紹，該項目早在2013年就開始了，由ORNL牽頭，并與豐田汽車、Evatran、克萊姆森大學、思科、杜克能源公司和國際整流器等進行合作，同時得到了美國能源部1900萬美元（約1.2億人民幣）的支持。

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2016年3月，ORNL*在豐田RAV4上展示了20kW的無線充電系統，其充電效率高達90%；2018年10月，ORNL展示了一種120kW的車輛無線充電系統，效率高達97%，是以前ORNL 技術的6倍。

為了推進美國能源部的極快充電目標，接下來他們將開發270kW，甚至350-400kW的系統，電動汽車的充電時間有望縮短至15分鐘以內，比有線充電方案還快，以保時捷Taycan為例，采用270 kW帶線充電方式，從5%充到88%需要22分鐘。

除了定點無線充外，ORNL還將開發動態無線充電系統，使汽車在專門配備的道路上行駛時能夠自動通電，從而能夠降低電網的負荷。

SiC效率高達98%

封裝、材料大不同

SiC逆變器是ORNL無線充技術實現高效率的關鍵。

ORNL在2014年發表的論文中提到，由于無線功率傳輸系統有5、6個電源轉換級，因此轉換效率至關重要，每級都需要盡可能高效，“在這種情況下，SiC逆變器至關重要”——它們可以進行高頻操作，可以在相對較高的溫度下運行，從而降低了冷卻組件的成本和尺寸。

該無線充采用的是全SiC功率模塊，從芯片和互連布局可以看到，該模塊包括4顆SiC MOSFET和4顆SiC二極管管芯。

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同時，為了實現安全可靠的250°C操作，該模塊還采用了專門的封裝技術和材料。其封裝采用了高溫引線鍵合結構，電氣互連是通過將鋁線接合在芯片頂部，并將芯片焊接在DBC基板的銅跡線上來實現的。通過這樣做，大約減少了30%的寄生電感。為了進一步減輕功率模塊的重量，模塊也沒有采用模制塑料。

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他們采用堅固的焊接層來替代塑料外殼的機械支撐，焊接層材料選擇了80%Au-20%Sn，因為它可以承受30 MPa的應力，并且熔化溫度最合適。

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事實證明，ORNL開發的SiC逆變器在每個開關頻率（22kHz、48kHz、85kHz和142kHz）下的效率達到98%左右。

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從2014年以來，碳化硅模塊的效率都非常優秀，但無線充電系統的整體效率卻不到92%。因此，為了提高系統整體效率，ORNL還開發了獨特的多相磁線圈。

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這種線圈耦合設計包含一個三相系統，該系統在線圈層之間具有旋轉磁場，好處是可以在更小的線圈中實現更高的功率密度——即使充電功率高達300 kW，其占地面積也比其他無線充電技術小得多。

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另外，ORNL還采用納米晶體材料和鋁，創造出一種新型磁性金屬混合屏蔽技術。

寶馬、奔馳、中興在推

無線充電商業化加速？

其他企業在無線充電效率方面也有不俗的表現，中興新能源汽車有限公司已經將充電效率從原來的低于90%提高到93%左右。美國WiTricity的無線充電系統Drive 11效率為90%～93%。

2018年，寶馬率先發布了業內*款無線充電混動車型BMW 530e，搭載了3.3kW的無線充電系統。此后，梅賽德斯-奔馳的S級插電式混合動力車也開發了無線充電版本。

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據介紹，Evatran公司也在為特斯拉Model S、寶馬I3、日產LEAF、雪佛蘭volt等車型提供無線充電技術支持。

國內方面，目前從事電動汽車無線充電的企業有華為、中興新能源、中惠創智等公司和科研院校。上汽榮威、比亞迪、北汽新能源等主流車企也都對電動汽車無線充電系統進行了研發測試，但目前國內市場還沒有一款支持無線充電的量產車型。

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但北京有感科技有限責任公司董事長王哲曾表示，在國內市場，已有多家國內外企業率先跨入這一領域，電動汽車無線充電的商業化競爭已拉開序幕。

WiTricity大中華區總經理孫立也曾透露，WiT-ricity與中國幾家企業進行電動汽車無線充電技術合作，開展技術授權使用，加速電動汽車無線充電的商用化。

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