Toyota vyvíjí účinnější polovodič, sníží tím spotřebu hybridů

redakce - 20 Květen 2014

Toyota ve spolupráci se společnostmi Denso a Toyota Central R&D Labs., Inc. vyvinula výkonový polovodič z karbidu křemíku (SiC), jenž se má používat v jednotkách řízení energie (PCU) vozů této automobilky. Praktické testování vozidel s novými jednotkami řízení energie zahájí Toyota do roka na veřejných komunikacích v Japonsku. Toyota vyvíjí účinnější polovodič, sníží tím spotřebu hybridů

Ke snížení spotřeby chce Toyota využít každého detailu, včetně nového typu polovodičů
foto: Toyota

Toyota má v plánu pomocí výkonových polovodičů SiC snížit spotřebu hybridních modelů o plných 10 % (podle testovacího cyklu JC08 předepsaného japonským Ministerstvem půdy, infrastruktury a dopravy, LMIT). V porovnání se současnými jednotkami řízení výkonu na bázi výkonových polovodičů z čistého křemíku budou nové jednotky PCU o 80 % menší.

Výkonové polovodiče z karbidu křemíku vykazují při spínání a rozpínání nízké ztráty energie, což dovoluje účinný průtok elektrického proudu i za vyšších kmitočtů. Zároveň je možné zmenšit rozměry cívky a kondenzátoru, představujících přibližně 40 % celkové velikosti PCU.

Jednotky řízení energie hrají v konstrukci hybridních automobilů i dalších modelů s elektrickým hnacím ústrojím důležitou roli: zajišťují přenos elektřiny mezi akumulátorem a elektromotorem, čímž umožňují regulovat rychlost vozidla, a rovněž přenášejí do akumulátoru elektřinu získávanou při zpomalování.

Jednotky PCU dnes nicméně zodpovídají za zhruba čtvrtinu celkových elektrických ztrát v pohonu hybridních vozů, což je odhadem 20 % celkových ztrát spojovaných se samotnými výkonovými polovodiči.

Klíčovou cestou ke zlepšení spotřeby paliva je proto zvýšení účinnosti výkonových polovodičů, zejména snížením jejich odporu vůči procházejícímu proudu. Již od uvedení svého hybridního modelu Prius v roce 1997 se Toyota věnuje internímu vývoji výkonových polovodičů a snižování spotřeby paliva hybridní soustavy pohonu.

Karbid křemíku vykazuje vyšší účinnost než samotný křemík, a proto společnosti Toyota CRDL a Denso zahájily již v 80. letech minulého století základní výzkum v této oblasti. V roce 2007 se zapojila i automobilka Toyota za účelem společného vývoje polovodičů na bázi SiC pro praktické aplikace.

Výkonové polovodiče vzešlé z tohoto společného vývoje již Toyota instalovala do jednotek PCU prototypových hybridních vozů, přičemž první testovací jízdy na speciálních okruzích potvrdily snížení spotřeby o více než 5 procent (podle testovacího cyklu JC08).

V prosinci loňského roku Toyota ve svém závodu Hirose otevřela speciální čisté výrobní prostory vyhrazené k vývoji polovodičů na bázi karbidu křemíku. Závod Hirose se zaměřuje na výzkum, vývoj a výrobu zařízení, jako např. elektronických regulačních prvků a polovodičů.

Vedle vylepšování spalovacího motoru a aerodynamických vlastností vozidel vnímá Toyota vysoce účinné výkonové polovodiče jako klíčovou technologii pro snižování spotřeby paliva hybridních automobilů i dalších modelů s elektrickým hnacím ústrojím.

Toyota do budoucna plánuje své vývojové aktivity zaměřené na brzkou implementaci výkonových polovodičů na bázi SiC dále posilovat.

Novou technologii Toyota představí na letošní výstavě Automotive Engineering Exposition, která se bude konat od 21. do 23. května 2014 v Jokohamě.

tisková zpráva
Zpět na HybridPřidat komentář
Zaregistrujte se a pište komentáře pohodlněji!

Pro zajímavost dodávám několik informací k tomu, proč je karbid křemíku (SiC) pro výkonovou elektroniku o tolik výhodnější než dnešní křemík. Info pochází ze stránek ABB, která do SiC také poměrně hodně investuje.

Oproti křemíku má 2x vyšší tepelnou vodivost, 5x vyšší průrazné pole a uchovává si polovodičové vlastnosti do vyšších teplot. To znamená, že lze vyrobit výkonové součástky s vyšší proudovou hustotou, dokáží usměrnit vyšší napětí a zároveň mají nižší nároky na chlazení.

Jeden příklad - na trhu se už nachází Shottkyho diody s vysokými hodnotami závěrného napětí (až 1700V oproti 200V u křemíku). Hlavní výhodou je rychlost komutace, protože mají malý zotavovací náboj. Toho lze využít v napájecích zdrojích, které mohou pracovat na vyšších frekvencích při menších rozměrech a motnosti. SiC může fungovat při teplotách nad 200st.C (křemík max. do 150st.C).

Nevýhodou je vyšší technologická náročnost výroby oproti Si -> vyšší cena dnešních součástek.

Zaregistrujte se a pište komentáře pohodlněji!

Takže jste si sám odpověděl. Karbid se prosadí pouze a jenom tam kde nebude stíhat křemík, tj. velké výkony.

Jinými slovy, bude to drahé jak prase, protože kromě aut je to technika pro velké firmy...

Zaregistrujte se a pište komentáře pohodlněji!

Na to se dá řicí jediné: So behind Tesla!

Zaregistrujte se a pište komentáře pohodlněji!

Tu by som moc nevyskakoval s Teslou. Ich najslabsim clankom su prave polovodice. Ich tranzistory sa chovaju akoby boli bipolarne. V ich utrobach premienaju desiatky kilowat hodin tyzdenne(!!!) na teplo-samozrejme myslim ked auto odpociva. Nemyslim si ze je to softwarova chyba (ako hovoria ze novy soft to vyriesi) pretoze telefon dokaze s 5 wat-hodinovou bateriou divy.
Toyota ma obrovsky naskok voci komu a comu-kolvek. Zaciatky hybridov siahaju do roku 1994.

Zaregistrujte se a pište komentáře pohodlněji!

Mít techniku v laboratoři 2 generace před konkurenty je skvělá zpráva pro akademii věd a jejich členy.

Mě zajímá, že konkurence (např. Tesla) má ve výrobě "vyšší generaci" jak Toyota a ta i když její laboratoře majíé tolik věcí jenom dohání, není "lídr" jak naznačuješ Ty...

P.S. I když je pravda co píšeš o Tesle, stejnak ona má ve výrobě co Toyota jenom plánuje, takže...

Zaregistrujte se a pište komentáře pohodlněji!

Na to se dá řící díky bohu.

Efektivnější polovodičové prvky s vyšší účinností půjdou použít i v solárních elektrárnách, větrných elektrárnách atd.

A Tesla je dobrá - ale na vývoj lepších základních technologií prostě nemá kapacity - sotva stíhá integrovat nové technologie a zvyšovat výrobu.


e-stationVOLTDRIVE - Ideální řešení pro domácí nabíjení vašeho vozu.Autonabíjení.cz - vše pro Váš elektromobilNabíječky elektromobilů Circontrol