ZF Friedrichshafen e Cree svilupperanno prodotti per l’auto elettrica unendosi alla corsa verso la tecnologia del carburo di silicio, preziosa per i nuovi sistemi: dagli inverter ai caricabatteria
Si è appena rafforzata la collaborazione tra la tedesca ZF Friedrichshafen AG e l’americana Cree Inc. per sviluppare power unit per la mobilità elettrica ancora più efficienti e produttive. Nella nota diffusa dall’azienda europea si sottolinea che il contributo del partner sarà particolarmente prezioso per il know-how che detiene riguardo ai chip realizzati in carburo di silicio.
La divisione E-Mobility di ZF e Cree attraverso la sua divisione Wolfspeed (rappresentate al momento della firma da Jörg Grotendorst e Gregg Lowe) contano di aumentare l’attrattiva in particolare di componenti chiave per l’efficienza e l’autonomia dei veicoli elettrici come gli inverter, dando il via a una linea di prodotti sviluppati insieme dal 2022.
Si tratta di dispositivi che nella transizione in corso tra la tradizionale tecnologia basata sul silicio e quella più recente che fa ricorso al carburo di silicio hanno fatto significativi passi avanti con l’adozione di MOSFET SiC (silicon-carbide). Secondo alcuni addetti ai lavori dal passaggio ai MOSFET in carburo di silicio la clientela delle auto elettriche si può attendere miglioramenti nell’autonomia compresi tra il 5 ed il 10%.
Questo spiega perché ci sia interesse per protagonisti come Cree stessa, che ha già stretto rapporti in questo settore con Delphi per una importante collaborazione di fornitura, mentre i gruppi globali come Bosch, STM, Infineon, e gli specializzati come Rohm Semiconductor hanno visto nella tecnologia SiC sostanziali opportunità di crescita.
I semiconduttori in carburo di silicio hanno una forza del campo elettrico che è quasi dieci volte quella dei chip in silicio: 2,8 MV/cm contro 0,3MV/cm. Questa qualità e la robustezza del materiale consentono di impiegare con sicurezza strati molto più sottili di quelli in solo silicio, riducendo la superficie di resistenza del componente e con conseguente beneficio nella riduzione delle perdite, sia in fase di commutazione che in fase di conduzione.
Quello delle perdite di commutazione è un tema critico nel sempre più sofisticato mondo dei veicoli elettrici, perché oggi le esigenze di miniaturizzazione sono parallele a quelle dei chip dei circuiti che debbono essere controllati ad alte frequenze di commutazione.
I semiconduttori in silicio sono limitati dal loro carico termico alle alte frequenze, mentre la capacità dei MOSFET in carburo di silicio che hanno caratteristiche di commutazione a elevatissime frequenze si presta ad assecondare le attuali esigenze dei vari settori automotive.
In un articolo su eeNewsAutomotive, Aly Mashaly metteva a confronto il materiale basato sul silicio e quello sul carburo di silicio in un converter DC/DC, che trasforma l’alto voltaggio di una batteria in quello necessario a un impianto 12 volt. Nel caso dei transistor al silicio IGBT la frequenza giunge alla soglia di 25 kHz, mentre coi MOSFET SiC la frequenza possibile per la commutazione è 160 kHz. La taglia del chip necessario nel sistema si riduce di un quarto, il peso da 7 chili scende a poco meno di 1, mentre il volume di 8.755 cc cala a 1.350 cc.
Se gli inverter appaiono essere i componenti che più attirano l’attenzione come candidati a montare MOSFET in carburo di silicio, nei veicoli elettrici sono molti i componenti che potranno beneficiare di questa tecnologia. Probabilmente si diffonderanno con rapidità per migliorare le prestazioni dei caricabatteria imbarcati senza peggiorarne ingombri e peso, mentre un altro campo dal grande potenziale è quello dei sistemi di ricarica wireless.
Peraltro appare allungarsi la lista dei componenti che potranno beneficiarne, inclusi i veicoli convenzionali: MOSFET in tradizionale silicio sono usati sui sistemi di controllo della trazione, e modelli attenti al peso come quelli sportivi potrebbero essere tra i primi nei quali i costruttori decideranno di passare a MOSFET SiC.