研究人员利用ESOI分析 展示SiC在电动汽车中的能效优势

据外媒报道，生物物理与经济研究所已与Hedgerow分析咨询公司达成合作伙伴关系，代表领先的碳化硅技术公司Wolfspeed评估碳化硅芯片在电动汽车应用中的应用。BPEI是一个非营利组织，致力于将自然科学纳入经济分析和决策，旨在将能源效率分析纳入不同的战略评估，以减少对化石燃料的依赖。

具体而言，本研究评估了比较碳化硅金属有机半导体场效应晶体管与硅基绝缘栅双极晶体管的净能量回报。BPEI表示，SiC微芯片是能效测试的一个重要案例。与传统芯片相比，将两种晶体结构组合成一种化合物可以产生独特的性能。SiC有望在一系列潜在的应用中提高能源效率。然而，生产SiC芯片的能耗高于硅片，这就留下了一个问题，即从长远来看，哪种技术可以提高能源效率。这项研究使用了BPEI专有的能源投资节能指标，该指标被定义为产品生命周期中节省的能源与生产产品所需的增量能源的比率。ESOI通过量化“能源投资的生命周期能源回报”，逐一比较替代节能技术。最大化ESOI可以通过增加分子或减少分母来实现。BPEI首先评估制造碳化硅和传统硅片所需的能源，然后评估电动汽车中使用的每个芯片在其使用寿命内的能源消耗。该分析利用SimaPro软件对每个设备生产过程中的每个重要能源输入和相关二氧化碳当量排放进行量化。评估每种类型的电动汽车的能耗需要对选定的测试周期（如全球统一的轻型汽车测试周期）中的车辆效率进行技术建模，以及针对不同车辆使用场景的其他模型。建模时，会考虑车辆的特定参数，如重量和阻力。该ESOI分析量化了硅和碳化硅芯片驱动汽车整个生命周期中数千种环境和能源流，涉及数十次能源生产和消费模型迭代，并支持统计分析。这项研究估计，对于预期寿命超过20万英里的个人电动汽车来说，用碳化硅MOSFET取代硅IGBT所节省的能源是生产这些碳化硅器件所需增量能源的数倍。对于典型的个人电动轿车，400V SiC汽车应用的ESOI约为7:1；800V的实施案例大约是13:1。与400V碳化硅MOSFET相比，这增加了85%，因为芯片表面积减少，相应的能量输入也减少。对于车队车辆来说，ESOI的好处更大，工作循环更高，估计里程数为500000英里。分析还强调，基于制造中心的智能选址有望节省大量燃料。WolfSpeed在纽约州北部的运营设施通过水力发电提供足够的清洁能源，减少了对一次性化石燃料的发电需求和二氧化碳排放，有可能将SIC技术的ESOI提高28%。Wolfspeed首席技术官John Palmour表示， “我们相信，下一代功率半导体技术将由碳化硅驱动。这些研究结果突出了碳化硅的优势，以及采用更节能的技术对减少碳排放的直接影响，这将对环境产生积极影响。随着世界朝着更可持续的未来迈进，高效材料需要s为其供电

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