Toyota vyvíjí účinnější polovodič, sníží tím spotřebu hybridů

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 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.