據(jù)外媒報(bào)道，生物物理經(jīng)濟(jì)研究所（BPEI）與Hedgerow Analysis咨詢公司達(dá)成合作，以代表碳化硅技術(shù)領(lǐng)軍企業(yè)Wolfspeed，評(píng)估碳化硅芯片在電動(dòng)汽車應(yīng)用中的實(shí)施情況。BPEI是一家致力于將自然科學(xué)納入經(jīng)濟(jì)分析和決策的非營利性組織，旨在將能源效率分析納入不同策略評(píng)估中，以減少對(duì)化石燃料的依賴。
（圖片來源：BPEI）
具體來說，該研究評(píng)估比較碳化硅（SiC）金屬有機(jī)半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）與硅基絕緣柵雙極晶體管（IGBT）的凈能量回報(bào)（net energy return）。BPEI表示，SiC微芯片是能源效率測(cè)試的重要案例。與傳統(tǒng)芯片相比，將兩種晶體結(jié)構(gòu)結(jié)合至一種化合物中，可以產(chǎn)生獨(dú)特的性能。而SiC有望在一眾潛在應(yīng)用中提高能源效率。然而，生產(chǎn)SiC芯片的能耗比硅芯片大，這就留下了一個(gè)問題，即從長遠(yuǎn)來看，哪一種技術(shù)能提高能源效率。
這項(xiàng)研究使用了BPEI專有的能源投資節(jié)能（ESOI）指標(biāo)，該指標(biāo)定義為產(chǎn)品生命周期內(nèi)節(jié)約的能量與生產(chǎn)該產(chǎn)品所需的增量能量之比。ESOI通過量化“能源投資的生命周期能量回報(bào)”，對(duì)替代節(jié)能技術(shù)逐一進(jìn)行比較?？梢酝ㄟ^增加分子（使用產(chǎn)品所節(jié)省的能量）或降低分母（制造產(chǎn)品所需的邊際能量），來實(shí)現(xiàn)ESOI最大化。
BPEI首先評(píng)估制造碳化硅與傳統(tǒng)硅芯片所需的能源，然后評(píng)估電動(dòng)汽車使用每種芯片，在使用壽命期內(nèi)的能耗。該分析利用SimaPro軟件，對(duì)每個(gè)設(shè)備生產(chǎn)過程中的每一次重要能量輸入及相關(guān)的 CO2當(dāng)量排放進(jìn)行量化。
評(píng)估每種電動(dòng)汽車的能耗，需要在選定測(cè)試周期中對(duì)車輛效率進(jìn)行技術(shù)建模，例如全球統(tǒng)一輕型車輛測(cè)試循環(huán)（WLTC），以及關(guān)于不同車輛使用情況的其他模型。建模時(shí)將車輛的特定參數(shù)考慮在內(nèi)，如重量和阻力。該ESOI分析量化硅和碳化硅芯片驅(qū)動(dòng)車輛整個(gè)生命周期內(nèi)的數(shù)千次環(huán)境和能源流動(dòng)，涉及數(shù)十次能源生產(chǎn)和消耗模型迭代，并支持統(tǒng)計(jì)分析。
這項(xiàng)研究估計(jì)，對(duì)于預(yù)計(jì)使用壽命超過 20萬英里的個(gè)人電動(dòng)汽車，將硅IGBT替換為碳化硅MOSFET所節(jié)省的能源，比生產(chǎn)這些碳化硅器件所需的增量能量要大很多倍。
對(duì)典型的個(gè)人電動(dòng)轎車而言，400V SiC汽車應(yīng)用的ESOI約為7：1（400V碳化硅MOSFET vs.400V硅IGBT）；800V實(shí)施案例約為13：1（800V碳化硅MOSFET vs. 400V硅IGBT）。這比400V的碳化硅MOSFET增加了85%，因?yàn)樾酒砻娣e減少，相應(yīng)的能量投入也減少了。
對(duì)于車隊(duì)車輛（如出租車和送貨車）來說，ESOI的收益甚至更大，這些車輛的占空比（duty cycles）更高，預(yù)計(jì)使用里程為50萬英里。
該分析還強(qiáng)調(diào)，基于制造中心智能選址，有望節(jié)省大量燃料。WolfSpeed在紐約州北部的運(yùn)營設(shè)施，通過水力發(fā)電來提供充足的清潔能源，通過減少發(fā)電所需的一次性化石能源，以及CO2排放，有可能將SIC技術(shù)的ESOI提高28%。
Wolfspeed首席技術(shù)官John Palmour表示：“我們相信下一代功率半導(dǎo)體技術(shù)將由碳化硅驅(qū)動(dòng)。這些研究結(jié)果凸顯碳化硅的優(yōu)越性，以及采用更加節(jié)能的技術(shù)，對(duì)減少碳排放的直接影響，這將對(duì)環(huán)境產(chǎn)生積極影響。隨著世界向更可持續(xù)的未來發(fā)展，需要高效材料為其提供動(dòng)力。”
（轉(zhuǎn)載）
