电装与丰田SiC开发和应用历程

电装开始批量生产搭载了SiC（碳化硅）功率半导体的新一代升压功率模块。该模块首先用于今年12月9日在日本正式发售的燃料电池车Mirai车型。

至此，电装与丰田的SiC功率模块的应用历经HEV、燃料电池巴士和燃料电池乘用车。

SiC在Mirai燃料电池车中的作用

新Mirai的新一代固态燃料电池核心组件Toyota FC Stack搭配了使用多个SiC功率半导体的FC升压变换器。升压变换器的作用是输出高于输入电压的电压。

据电装的测算，与采用Si基功率半导体的产品相比，搭载了SiC功率半导体（含二极管和晶体管）的新型升压功率模块体积缩小了约30%，损耗降低了约70%，在实现功率模块小型化的同时提升了车辆的燃油效率。

丰田称，通过在FC升压变压器中使用SiC半导体，采用锂离子低压蓄电池等方式，降低系统能耗损失。同时，在提升FC电堆性能的基础上，通过采用触媒活性再生控制技术，提升发电效率。从而丰田实现了新Mirai WLTC工况最高续航里程约850km，较上一代车型提升约30%。

电装首次将SiC晶体管和二极管同时用于汽车

丰田认为，影响混合动力车燃效的各因素中，大约20％的电力损耗是功率半导体造成的。因此，功率半导体的高效率化是提高燃效的关键技术之一。自主开发功率半导体，提高车辆的效率，非常必要。

与传统的硅（Si）相比，SiC是一种在高温，高频和高压环境下具有卓越性能的半导体材料。因此，不少车企为了显著减少系统的损耗，缩减尺寸，减轻重量，并加速电气化，选择或考虑在关键设备中采用SiC。

电装在2014年实现了将SiC晶体管应用到音响上，2018年实现了SiC二极管的车载化应用，被采用到了丰田燃料电池大巴(TOYOTA SORA)上。

如今，电装已开发出新的车载SiC晶体管，从此可以将SiC晶体管和二极管同时用于汽车上。其全新开发的SiC MOSFET采用了电装特有的沟槽栅极构型，可以在富于挑战性的车载环境中实现高可靠性和高性能。根据Research and Markets的一份报告，电装在沟槽SiC MOSFET的专利竞赛保有领先优势。

丰田与电装的半导体合作历程

丰田和体系内供应商电装在半导体技术方面一直有着深度的合作。

从1980年代起，丰田旗下的丰田中央研究所就开始和电装共同推进SiC的研究，丰田从2007年开始参与到开发中。

2013年12月，丰田在广濑工厂建立了一个专门用于SiC半导体开发的生产设施，例如专用于SiC的洁净室等。

2014年及以后，丰田汽车在普锐斯和凯美瑞混动车的PCU中安装了共同开发的SiC功率半导体，并进行重复驾驶测试和公路测试。在测试路线上进行的试驾确认燃油效率提高超过5％。

凯美瑞HEV试制车的PCU内，升压转换器及用于控制电动机的逆变器中都使用了SiC功率半导体(晶体管、二极管)。

自2015年1月9日起，在作为丰田市内的公交线路上正式运营的燃料电池巴士（FC巴士）上，控制燃料电池堆电压的FC升压转换器采用了SiC二极管。通过巴士的实际运营收集行驶数据，来验证新材料的燃油经济性提升效果。2018年，丰田在其SORA燃料电池公共汽车中使用了车载SiC二极管。

今年4月，电装和丰田合资成立MIRISE，进行下一代先进车载半导体的研究和开发。MIRISE将结合丰田在整车和电装在零部件的经验，致力于三个技术领域：功率电子、传感器、SoC。

合资公司的成立标志着丰田决定将主要电子元件业务整合到电装。例如生产方面，于2020年4月1日把丰田广濑工厂内的电子元件生产全部转让给到电装。开发方面，丰田同样计划将图纸和开发设备等转移到电装，完成整合。

丰田与电装就半导体研发和生产的从合作到整合，进一步凸显出他们对车载半导体的重视。