Sähköautoista tehokkaampia piikarbidipuolijohteilla — ajomatkaan lisää 6 prosenttia

Kuva: Bosch.

Uudet Boschin kehittämät mikropiirit tehdään piikarbidista (Silicone carbide, SiC). Niiden avulla sähköinen liikkuvuus ottaa ison harppauksen eteenpäin.

Nykyisiin piisiruihin verrattuna SiC-puolijohteet johtavat sähköä paremmin, mikä mahdollistaa suuremman kytkentätaajuuden ja pienemmät lämpöhävikit.

– Piikarbidipuolijohteet tuovat lisää tehoa sähkömoottoreihin. Esimerkiksi sähköajoneuvoille tämä tarkoittaa 6 prosentin lisäystä kantamaan, Boschin hallituksen jäsen Harald Kröger sanoo.

Bosch valmistaa uuden sukupolven puolijohdepiirejä Reutlingenin tehtaallaan 40 kilometrin päässä Stuttgartista. Bosch on tuottanut tällä tehtaalla miljoonia mikropiirejä usean vuosikymmenen ajan.

SiC – sähköisen liikkuvuuden kiihdytin

Piikarbidipuolijohteet asettavat uuden standardin kytkentänopeudelle, lämpöhäviöille ja koolle. Kaikki alkaa hiilen lisäatomeista, jotka tuodaan puolijohteiden valmistuksessa käytettävän ultrapuhtaan piin kiderakenteeseen.

Tällä tavalla luotu kemiallinen side tekee puolijohdesiruista todellisia voimanpesiä, mikä tuottaa monia hyötyjä, etenkin sovellettuna sähkö- ja hybridiajoneuvoihin.

Tehoelektroniikassa ne varmistavat 50 prosentin leikkauksen lämpönä hävityssä energiassa. Säästö kasvattaa tehoelektroniikan hyötysuhdetta niin energian kuin akkukantaman osalta.

Bosch vastaa piikarbidipuolijohteilla yhteen sähköautojen haasteista: lähes joka toinen (42 prosenttia) kuluttaja jättää sähköauton ostamatta siinä pelossa, että akku loppuu kesken ajon.

Autovalmistajat voivat vaihtoehtoisesti tehdä akusta pienemmän samalla kantamalla. Tämä laskee sähköautojen kalleimman komponentin hintaa, mikä puolestaan laskee auton hintaa.

Uusi teknologia luo mahdollisuuksia myös myöhempiin säästöihin: sirujen merkittävästi pienemmät lämpöhäviöt ja korkeampi käyttölämpötila mahdollistavat voimalinjakomponenttien jäähdyttämisestä syntyvien kustannusten pienentämisen. Seurauksena syntyy halvempia ja kevyempiä sähköajoneuvoja.

Bosch on kotonaan niin auto- kuin puolijohdeteollisuudessakin

Bosch kasvattaa puolijohdeosaamistaan systemaattisesti piikarbiditeknologialla ja se tulee käyttämään SiC-puolijohteita omassa tehoelektroniikassaan tulevaisuudessa. Boschin asiakkaille tämä tuo molempien alojen parhaat puolet, sillä Bosch on ainoa autokomponenttien valmistaja, joka valmistaa myös puolijohteita.

Modernin autoteknologian järjestelmät kuten ilmatyynyt, turvavyönkiristäjät, vakionopeudensäätimet ja sadetunnistimet sekä esimerkiksi voimalinjat pohjautuvat mikropiireihin.

Infotainment-järjestelmien, automaation, sähköistyksen ja autonomisen ajamisen myötä puolijohdepiirien määrä lisääntyy tulevaisuuden autoissa merkittävästi.

Tämä kehitys tekee autoteollisuudesta yhden puolijohdeteollisuuden kasvun ajureista. Lisäksi IoT-avainsovellukset, kuten tekoäly, kyberturvallisuus, älykaupungit, reunalaskenta, älykodit ja Connected Industry -ekosysteemi tukevat alan kasvua.

Historian suurin investointi

Pii- ja piikarbidikiekkojen työstäminen puolijohdesiruiksi on monitahoinen prosessi, joka voi kestää jopa 14 viikkoa. Useissa kemiallisissa ja fyysisissä prosesseissa kiekkoihin syntyy ohuen ohuita rakenteita, jotka muodostavat myöhempien, vain millimetrien kokoisten sirujen pohjan.

Kesäkuussa 2018 muurattiin Boschin uuden, viimeisintä teknologiaa edustavan puolijohdetehtaan peruskivi Dresdenissä.

Se tulee käyttämään valmistusprosesseissaan kiekkoja, joiden läpimitta on 300 millimetriä. Näin ollen yhdestä kiekosta voidaan valmistaa huomattavasti enemmän siruja kuin 150 ja 200 millimetrin kiekkoteknologialla. Bosch valmistaa jälkimmäisiä Reutlingenissä, jossa se valmistaa myös uudet SiC-sirut.

Bosch investoi Dresdenin kiekkotehtaaseensa noin miljardi euroa, mikä on yrityksen historian suurin yksittäinen investointi. Tehtaalla asennetaan parhaillaan puhdastilojen laitteita. Töiden on tarkoitus alkaa tehtaalla keväällä 2020. Boschin tehtaasta tulee hiilineutraali.

// TILAA TÄSTÄ AUTOTODAYN UUTISKIRJE //

1 KOMMENTTI

  1. Piikarbidi on silicon carbide, ei silicone carbide, sillä ”silicone” on silikoniliima tai hartsi tai vastaava muovi. Sitä saa tuubeissa. Kun olin pt lehdessä Elektroniikkauutiset 1972-75, ennustin hyvää tulevaisuutta SiC-komponenteille. Meni 30 vuotta ja vasta sitten niistä tuli totta. Nyt esim. SiC-diodit ja tyristorit kestävät 1700 V jännitteet ja niiden avulla on toteutettu Pohjanlahden yli Ruotsiin kulkevan 800 kV tasavirtakaapelin voimansiirto.

JÄTÄ VASTAUS

Please enter your comment!
Please enter your name here