2023年12月10日发(作者：保时捷suv车型全部)
目录：
◆ 第 3 次真正进入电动汽车时代
◆ 发挥最大效率的电动系统
◆ 基础研究是产品开发的原动力
◆ 高效率的 DC-DC 转换器
◆ 各公司扩大锂离子电池量产
◆ 大型锂电池的研发
◆ ENAX（英耐时）公司的锂离子电池
◆ 搭载SiC 装置的汽车 2013 年上市
◆ 2009 年，MOSFET 开始量产
◆ 利用Hybrid-Pair 技术，减少功率损耗 40％
◆ GaN 装置的可能性
◆ 下一代电子部件亮相
1 电动汽车的最新技术
2009 年 1 月上映的电影“不恰当的真实”反映了地球变暖、汽油价格飞涨，CO2排放少的经济型车大受欢迎的现实状况。利用生物燃料、清洁柴油等内燃机相关技术的不断改良，最大限度降低CO2的排放，这样的车应该是：混合动力车、插电式混合动力车、电瓶车、燃料电池车等，以及使用电能和电机驱动的电动汽车。
三菱汽车的电动汽车 i MiEV，上市日期从当初预定的 2010 年中提前到 2009 年夏。
目前汽车的驱动源主体仍为使用汽油或柴油的内燃机，至于目前最受关注的以混合动力为首的电动汽车，其产量只占到全球汽车总产量的 1％左右。但是，回顾汽车开发的历史，电动汽车（或电瓶车）热到目前为止总共有 3 次。
第 1 次，是被称为汽车开发黎明期的 19 世纪末。作为电动汽车驱动源的电池是在
1800 年发明的、电机是在 1831 年发明的，实用的电动汽车是在 1873 年开发的。另一方、汽油发动机的发明却是在 1876 年，戴姆勒和奔驰公司开发汽油发动机汽车的时间也是在 1885 年。没有汽油发动机的噪音、振动及尾气排放等问题的电瓶车到 1910
年左右为止，销售量上也占了优势。但在第 1 次大战后，内燃机的技术得到突飞猛进的发展，各大厂家开始转向生产内燃机汽车。
第 2 次发生在 1990 年，美国加利福尼亚制定了有关零排放车的法规：“ZEV（Zero
Emission Vehicle）法”，各大汽车厂家开始了电动汽车的开发竞争。1996 年，美国通用汽车公司（GM）的“EV-1”、丰田汽车的“RAV4- EV”、本田技研工业“EV-Plus”等，以租赁销售形式为主投放市场、但最终没有形成市场。特别是 2003 年终止销售的
EV-1，导致电动汽车开发受到严重打击。
2 到目前为止的 2 次电动汽车热中，大家明白了电动汽车最终没能市场化的原因是电动电动汽车这一产品所要求的续航距离的电池性能不足。在第 2 次电动汽车热中，充电电池采用的是镍氢电池，EV-1、RAV4-EV、EV-Plus 充满电后的续航距离虽然都超过了
200km，但其电池太重、价格过高。据说丰田的混合动力车“普瑞斯”在 1997 年初上市
销售时，每辆车要亏损 50 万日元，其亏损的大部分是镍氢充电电池的成本。
但是，随着丰田品牌价值的不断提高，“普瑞斯”还是成功了，因环境性能的改变，混合动力车的市场价值最终得到认可。各大汽车厂家重新开始在第 2 次电动汽车热中终止的电动汽车相关技术的开发。1999 年，本田的“insight”上市，美国的福特汽车公司于 2004 年投放了“Escape Hybrid”等，混合动力车的市场规模得到不断的扩大。
第 3 次真正进入电动汽车时代
图 1 各大汽车厂家的主要电动汽车的投入计划
目前的第 3 次电动汽车热中，以对混合动力的高度评价为契机，期待只靠电机工作就可行驶一定距离的插电式混合动力汽车、纯电动汽车的实用化。可列举的理由有：与镍氢电池相比，能量密度、输出密度等高得多的车载锂电池开发得到快速发展。由于 2006
3 年发生的笔记本电脑用锂电池的起火问题，电池开发进入了低潮期，但自 2008 年初开始，以汽车厂家和电机厂家的合资公司为中心，相继发布了量产计划。
例如，2009 年中预定发布的混合动力车，只有戴姆勒公司的“奔驰 S400
BlueHYBRID”搭载了锂电池，而丰田的新型普瑞斯、日本的 insight、大众汽车公司的混合动力汽车仍就采用镍氢电池。但是，自 2009 年下半年后，先行开始量产的三菱汽车的 “i MiEV”、富士重工的“插电式 stellar”、戴姆勒公司的“smart ed”等电动汽车，计划从 2010 年以后都采用锂电池（图 1）。
第 1 次电动汽车热中的铅电池、第 2 次电动汽车热中的镍氢电池，都没有找准电动汽车的市场定位。但是，因在各国制定法规要求开发CO2排放少的汽车这一政策环境和车载锂电池的成功运用，电动汽车开始占有汽车市场的一席之地。
发挥最大效率的电动系统
以前，汽车厂家只有发动机的开发没交给供应商，而电动汽车的电机和逆变器，除丰田汽车、日产汽车、本田技研工业等几家公司外，多是与电装品厂家或电机厂家进行共同开发。
图片 1 东芝的望月資康先生
东芝公司从 1999 年起，开始向汽车业界提供电机和逆变器。2004 年向美国汽车厂家的混合动力 SUV、2006 年向日本国内的混合动力商用车提供的电机是该公司独自开发的“永磁磁阻电机（PRM）”。
在东芝汽车系统事业综合部担任混合动力驱动系统技术开发部部长的望月資康先生（图片 1）说：“PRM是扭矩性能优异的永磁电机，并且是可高速旋转的磁阻电机。在其它方面也有许多优点”。
目前市场上的混合动力汽车所采用的埋入式永磁电机是靠内藏于内侧转子的永久磁铁的磁力和外侧的定子的线圈产生的电磁场的吸引·排斥作用旋转的。永磁电机在从 0
转速开始时的扭矩性能好，但在高速旋转时，因受反电动势的影响，不能达到一定转速
4 以上的高转速，为此不能期待其有作为高速行驶的驱动源的效果。
图 2 PRM、永磁电机、磁阻电机的比较（提供：東芝）
图片2 靠无传感矢量控制动作的混合动力车用电机（提供：东芝）
东芝于 2006 年向商用车提供逆变器和整机。
另一方、磁阻电机是将普通的电机中的圆筒状转子表面改造为显极构造，靠外侧的定子线圈的磁力线使铁制显极部平稳移动的“磁阻扭矩”旋转。可达到数万转/分钟的高转速，但因其不像永磁电机那样转子自带能源，所以扭矩性能低，实用化的实例不多，仅用在旋风式清扫机等上。望月先生说：“带显极构造的转子上埋入永久磁铁的PRM，可兼顾高扭矩和高转速性能。另外，在 50%以上的区域产生磁阻扭矩，就可减少昂贵永久磁铁的使用量”（图 2）。
目前正在开发的 PRM 电机，可在永磁电机 10000 转/分钟的极限处实现 15000
转/分钟的高速旋转，在中?高速旋转区域的广范围内，达成 96％以上的高效率。
2004 年仅为 SUV 提供电机，2006 年开始为商用车提供电机和逆变器，作为混合动
5 力车在全球首次实现了无传感矢量控制（图片 2）。望月先生说：“在永磁电机控制中，探测转子的位置信息是十分必要的。实际上，目前正在使用霍尔式传感器、编码器及解析器等，但如果利用 PRM 的显极构造，就可只靠接通检测电流，读取显极间的间隙差就能得到位置信息，使逆变器带有得到该位置信息的功能。”
在逆变器的开发过程中，在要求 PRM 的无传感矢量控制功能的同时，要将其缩小到与现有的 12V 铅电池相同大小的尺寸。核心的 IGBT 组件的设置面积要缩小到以前的 2分之 1。望月先生说：“如果对 PRM、开发中的逆变器、配合下一代电动汽车开发的锂电池（SCiB）进行组合的话，预计可比现有的混合动力车降低 20％以上的油耗。”
基础研究是产品开发的原动力
图片 3 日产的中野正树先生
日产发布要在 2010 年度内，向市场投放独自开发的混合动力车和纯电动汽车，2008
年 8 月也公开了实地试验车型。前一段时间混合动力车的开发曾陷入停滞，但现在大家都开始热衷于电动汽车技术的开发。
日产公司除进行汽车开发的技术开发本部以外，还设置了开发下一代车所必要的基础研究的综合研究所。在该所的电动驱动研究所综合部担任所长的中野正树先生（图片
3），因在 2003 年开发了从 1 个电机获得 2 轴输出的“超级电机”而出名。2007 年发布了与富士通general共同开发的 2 个转子夹 1 个定子形状的，可提高单位体积扭矩性能的
“3D电机”（图片4、图 3）。
6 图片4 超级电机（左）和 3D电机
它们都由 1 个定子和 2 个转子构成。超级电机是从 1 台电机上抽出 2 根输出轴。3D 电机是 2
个转子夹 1 个定子的构造，转子的 2 倍动力从 1 根轴上输出，就获得了比以前大 2 倍的扭矩。
图 3 3D电机的构造（提供：日产汽车）
定子线圈的电磁铁、转子的永久磁铁的各磁极都是以小的扇形并排而成的。通常的电机磁场仅在
2 维空间作用，而 3D 电机为了增加利用磁力的面积，采用了 3 维空间构造。
中野先生说：“据说超级电机、3D 电机可能会搭载到 2010 年的电动汽车上。但综合研究所的研究成果表明，虽然与大学、科研单位进行的共同开发取得很大的进展，但实际上目前还只是处于产品化初级阶段的研究开发。从电机、3D 电机的开发中所得到的经验看，虽对产品开发能起作用，但还不能直接将其搭载到产品上。”
例如，超级电机、3D 电机的开发是以电机的多相化相关研究为基础的。中野说：“通常的电机是靠决定旋转方向的最小单位 3 相控制的，而超级电机是靠 6 相、3D 电机是靠
9 相控制的。通过多相化控制，可提高电机的密度。”
在电机周边，也进行了“强磁场型永磁电机”的开发。现有混合动力车的电机与东芝的 PRM 一样采取了有效利用永久磁铁和磁阻的两方扭矩的构造，但在引出磁阻扭矩时，往往会产生减弱永久磁铁力的“弱磁场”。中野先生说：“因减弱磁铁的力要消耗能
7 量，我们正在研究可使用与弱磁场相同电流的同时，可引出双方扭矩的强磁场型电机”。具体就是，通过采用在永久磁铁的同极间配置铁芯的转子构造，用线圈的磁力线强力驱动永久磁铁的磁力线。
中野先生认为对产品开发起重要作用的是建设开展这些基础研究的模拟试验环境。他说：“在电动技术所必须的电力电子学的设计中，不仅需要汽车业界擅长的热流体/构造系的解析，还需要电磁系的解析。而且通过对这些解析工具与 CAD 的组合，就可进行虚拟开发”。
高效率的 DC-DC 转换器
在电动汽车上，对充电电池的电压进行降压，为各种电装件提供最适合电力所必须的是 DC-DC 转换器。
图4 铁素体各材料的铁芯损耗温度特性（提供：TDK）在Gen4.5 中，采用铁素体中的PC95 材料。
TDK 从 1997 年起，开始量产用于混合动力车、纯电动汽车、燃料电池车的 DC-DC转换器，并提供给多家公司。TDK 公司具有很强的铁素体材料的开发能力，目前已开展电源的研发，其技术能力也适用于车载电源。2008 年中期，开始计划量产混合动力车用的小型、轻量、高效率的车载 DC-DC 转换器“Gen4.5”。
Gen4.5 的重量为 2.7kg、体积为 2.8L，与以前的 Gen3.5 相比，重量减轻了约 42
％、体积缩小了约 27％。而且，最大效率达到 91.2％、改善了 1.7 点。此效率改善相当于减少 40W 的电力消耗。
Gen4.5 采用了新电源变压器用铁素体材料，采用了吸收噪音的电路，通过利用热解析等模拟技术，实现了小型、轻量、高效率。
8 在电源变压器用铁素体材料中，铁芯损耗（100kHz、200mT时）在 25℃时为
350kW/m2、80℃时为 280kW/m2、120℃时为 350kW/m2，从低温到高温的宽温度范围内，采用较平缓（温度依存度小）特性的新材料「PC95 EVR46.3」（图4）。因此，内藏于DC-DC转换器中的变压器的体积比使用以前的材料相比时，可缩小约 37％。
图片 5 TDK的近藤朋之先生
在TDK 技术中心的工艺组，担任电源设备项目部部长的近藤朋之先生（图片5）说：
“Gen3.5 中所用材料（PC44 PQ50/30）的铁芯损耗与Gen4.5 的材料相比，在 100℃前后，损耗没有太大的差别，但在低温时，损耗差别就很大，所以至今还不能缩小变压器的尺寸”。
在效率改善中，对电路也进行改进，开发了可吸收电涌的电路。为此，将装在基板上的整流二极管从以前的 200V 耐压件更换为 Gen4.5 中的 150V 耐压件。通过使用 150V耐压件，与 200V 耐压件相比，减少了 10%的损失。
而且，为了实现小型、轻量化，进行了最优化散热风扇的设计、部件的配置等热解析模拟、外装盖形状最优化的強度模拟等。怎样降低锂电池的价格是一个课题。
图5 混合动力车的镍氢电池与锂电池的比较（提供：三洋电机）
9 三洋电机公司用本公司产品比较的结果：锂电池与镍氢电池相比，质量能量密度为
2.3 倍、输出密度为 2.3 倍、再生密度为 3 倍、在 0℃低温输出密度为 2 倍等，性能上锂电池大大超越了镍氢电池。
锂电池是性能比铅电池、镍氢电池优良的充电电池。它没有像镍氢电池那样的“记忆效应”，可以随时充电，能量密度也比铅电池、镍氢电池高许多，可实现设备的小型化、轻量化，广泛用于手机、笔记本电脑等移动设备上。
将锂电池搭载到汽车上时，作为车辆的充电电池，一般只是与发动机起动电机用铅电池置换，非常方便。另外，比现行的混合动力车上所采用的镍氢电池比较，性能规格要高得多（图 5）。
但是，从安全性、寿命、成本等方面考虑，镍氢电池还是占有优势，到 2007 年止，
燃料电池车等，可以说在开发过程中是没有考虑成本的。但在 2008 年以后，开始注重安全性和寿命，汽车厂家、供应商、电机厂家间开展各种各样的合作，不断建设量产线。今后，会看到汽车、电机各业界的重组动向。
各公司扩大锂离子电池量产
GS YUASA 公司的子公司 GS YUASA 电源、三菱商事、三菱汽车合资公司日本锂能源（LEJ），到 2009 年 4 月为止，开始年产 20 万套锂电池。当初，为三菱汽车 i MiEV
提供了约 2000 套电池。另外，在数年内，对滋賀県草津市的量产工场进行技改，计划扩大到年产 100 万套的量产规模。
计划大规模量产的还有日产汽车、NEC、NEC-tokin3 公司设立的 AESC 公司。在 2009年度内，开始以年产 13000 台的规模进行量产，到 2011 年度止，产量达到初期的 5 倍年产 65000 台的规模。在 2009 年中，市场上销售的富士重工的“插电式 STELLA”、从 2010年开始投入日本和北美市场的混合动力车和纯电动汽车、雷诺-日产联合计划在以色列、丹麦、葡萄牙、法国、田纳西州、横滨市等地生产的纯电动汽车等，电动汽车规模不断扩大。
丰田汽车和松下的合资公司松下 EV 能源公司也从 2009 年下半年开始首次量产锂电池，该锂电池将搭载到 2010 年上市的插电式混合动力汽车上。据报道，2010 年上市的混合动力 Mini Baja 也将搭载锂电池，生产规模也可能扩大。
说到今后车载锂电池的市场动向，最令人关注的是松下对三洋电机的收购。三洋电机计划为大众（VW）集团公司提供混合动力车用锂电池，2009 年 3 月为止，在日本国
10 内建成量产线，从 2009 年末开始达到年产 15000?20000 套混合动力汽车配套电池的生产能力。而且到 2011 年也将开发插电混合动力车用电池，到 2015 年，将生产能力扩大到月产 1000 万电池单元。如考虑到三洋电机生产的混合动力车用镍氢电池向本田技研工业、美国福特汽车公司提供的话，丰田-松下的车载充电电池的市场占有率会迅速提高。
日立制作所已接受美国通用汽车公司（GM）的锂电池订货，用于搭载到通用汽车公司从 2010 年开始的年产 10 万台以上量产计划的下一代混合动力汽车上。由集团公司下属的日立汽车能源公司制造。但是，据说（GM）的插电式混合动力汽车“Volt”的充电电池不是由日立制造。
搭载锂电池的上市第 1 款车，是于 2009 年 6 月预定发售的戴姆勒公司的高级混合动力车“奔驰 S400 Blue HYBRID”。含充电电池、电机、逆变器、DC-DC 转换器等的混合动力系统由德国的 Continental 公司提供。从 2008 年末起，在柏林开始的 100 台以上规模的大规模验证试验的纯电动汽车“Smart ED”也预定搭载锂电池。Continental 公司于 2008
年 9 月起开始在纽伦堡量产锂电池模块，年产量为 15000 台，并在短时间内可能将量产规模扩大 2 倍。
大型锂电池的研发
表 1 载锂电池的性能指标
LEJ AESC
三洋电机 日立制作所
Continental ENAX
东芝
公司
电池形状
方形
叠层形
方形
圆筒形
—
HEV
叠层形
—
方形
—
4.2
用途
EV
EV
21
HEV
—
HEV
HEV
5.8
标 称 容 量
50
— —
20
（Ah）
标称电压（V）
尺寸（mm）
3.7
113.5×43.8
14.4
315×225
28.8
302×150
—
—
3.6
—
13L
3.7
324×136×7
2.4
62×95×13 φ40×108
×171
×36
约 3.5
×33.6
重量（kg）
1.7
109
约 2
—
0.3
69.6
25
0.55
0.15
67.2
能 量 密 度
86.4
—
90
—
134
（Wh/kg）
输出密度
550
— —
3500 3000 1.9Kw/L
— —
11 AESC 和 Continental 公司的模块性能、其它电池性能。ENAX 的大型标准电池、东芝引用 2007 年 SCiB 上市时的性能指标。
图片 6 日本锂能源的西ft浩一先生
2009 年开始，公布了各公司车载锂电池的规格（表 1）。基本上都是将开发重点放在了与纯电动汽车续航距离相关的充电电池能量密度上。
日本国内最早建立车载锂电池工场的LEJ集团公司，其总公司GS YUASA已从事了
10 年以上的大型锂电池的应用研究。LEJ技术?制造部部长西ft浩一先生（图片6）说：
“占车载铅电池总销售额 80％的GS YUASA公司，考虑到企业的成长性就必须开发大型锂电池。当初是以人造卫星、有人潜水艇为开发对象而展开研究的，但销售额只停留在年 10 亿日元的小规模上”。其后，GS YUASA公司扩大了产业用途的锂电池事业，开发了鹿儿岛市的路面电车架线电压补偿系统、半导体工厂等使用的无人搬送车（AGV）等。西ft浩一先生说：“但是，这些产业用途也只有年 10 亿日元左右的规模。特别是在电车
关联业务开展过程中，必须扩大量产规模，降低价格。因此，从 2007 年开始，决定转向车载电池的开发”。
图片 7 日本锂能源公司的车载锂电池 LEV50
图片中央为单个电池，右边的为 4 个电池组合成的模块 LEV50-4，左边的是 GS YUASA 公司独
12 立开发的混合动力车用电池 EH6。EH6 的标称容量 6Ah、标称电压 3.7V、输出密度达到 3000W/kg。
LEJ集团公司为i MiEV车提供的“LEV50”，GS YUASA公司以对AGV销售的产品为基础、主要目标是轻量化和长寿命化（图片7）。特别是轻量化这一观点，在纯电动车中受关注的能量密度为单个电池 109Wh/kg、4 个并联的模块LEV50-4 可达到 99Wh/kg。西ft先生强调：“使用稳定电极材料的锂电池，可实现足够的性能。LEJ集团公司的最大特征是GS YUASA具备了 10 年以上大型锂电池的信赖和寿命保障技术能力。各种各样的企业参与到车载锂电池开发中，但具有大型锂电池量产实绩的只有GS YUASA，即LEJ集团公司”。
性能方面的课题是电池充满电后非工作状态下的寿命问题。LEV50 电池在 25℃的环境下的在充放次数 1000 次后，仍能确保初期 85％的充电容量。这相当于充满电可行驶
160km 的 i MiEV 车的总行驶里程达到约 16 万 km，因而就不存在充电寿命的问题。但是，西ft先生认为：充满电后非工作状态下的寿命问题是锂电池性能评价中最难的
一项，汽车搭载的电池不可能像手机电池那样连续 24 小时地放电工作。通常是将其充满电后在车库中停放数日。在 25℃环境下，预测充满电的 LEV50 电池在放置 10 年后的容量维持率可达到 65％，而且还有进一步改善的余地。
车载锂电池的最大课题是价格。预计 i MiEV 车的价格为 400 万日元左右，其中锂电池就占了 200 万日元。在 LEJ 集团公司，随着量产的扩大就可能降低电池的成本，但西
ft先生认为：LEV50 电池的设计是以自动化生产线生产为前提的，电池厂家只有尽量努力才能降低成本。降低电池成本必须依靠极板、隔板、电解液用活性物质等材料供应商共同努力，还要具备纯电动汽车的市场规模达到年产 10 万辆级水平条件。
ENAX（英耐时）公司的锂离子电池
13 图片 8 ENAX（英耐时）公司的小沢和典
14 以生产叠层型锂离子电池产品的风险企业 ENAX（英耐时）公司的社长小沢和典先生
（图片 8），在 SONY 公司就已经开始从事将锂离子电池产品商品化的工作。 ENAX（英耐时）公司，从 1998 年就开始开发与 SONY 公司不同的大型锂离子电池产
品。在 2000 年，已成功开发出了高稳定电极材料的锰系正极材料和叠层型电池。为此，小沢先生谈到，“基于安全性方面的考虑，确定了锰系正极材料和叠层型电池的使用前景。尽管叠层型电池湿度较弱、提高能量密度较难，在使用过程中存在叠层膨胀等问题，但仍具有很高的安全性。从 2001 年起，得到了汽车生产厂家等的青睐”。ENAX（英耐时）公司开发伙伴也很多，2006 年，与村田制作所进行了针对混合动力汽车产品的技术合作，
2008 年，Continental 集团（德国大陆集团）收购 ENAX（英耐时）公司 16％的股份，与其联合开发电动汽车电池。另外，在 2004 年，发布了与日野汽车共同开发的非接触充电技术的成果。
在 ENAX（英耐时）公司，进行了混合动力汽车、插电式混合动力汽车、电动汽车 3种产品的开发，并为各个汽车生产厂家提供了样品。就性能而言，“最大特征是输出高。能够进行快速充电，可以在几分钟内充满电”（小沢先生语）。另外，就使用寿命而言，经过 5000?6000 次充放电，能够确保相对于初期容量的 80％的容量，对于特殊规格的电池而言，即使经过 8000?9000 次充放电，仍能维持 90％的容量。
ENAX（英耐时）公司有 2 处量产工厂，分别是ft形县米沢市的工厂和中国的合资工厂。为此，小沢先生提到，“为了实现 2013 年的销售规模，可能会从 2010 年起对量产计划进行调整，以满足客户的需求。就成本而言，将来的目标是能够使每台电动汽车降低到 100 万日元左右。电池能够进行自动化生产，但由于模块化、插件化需进行人工作业，为了降低人工成本，可能会在中国工厂进行生产”。
搭载 SiC 装置的汽车 2013 年上市
目前，具有超过逆变器通常使用的硅（Si）半导体性能的下一代功率装置正在被广泛关注，它就是以 SiC（碳化硅）和 GaN（氮化钠）基板为基础的半导体（详见 Tech Report
「下一代功率装置电动汽车应用的可能性」）。
作为致力于 SiC、GaN 动力装置开发的企业，有德国 Infineon Technology 公司、瑞士
STMicroelec-tro-nics 公司、美国 Cree 公司、日立制作所、三菱电机、东芝、富士电机装置技术、罗姆、SANKEN 电气公司等。因此，丰田汽车/电装、日产汽车等汽车业也正在进行独立研发。
15 2009 年，MOSFET 开始量产
图片 1 罗姆公司的神泽公
在日本国内的生产厂家中，罗姆公司一直致力于 SiC 功率装置的开发。罗姆公司研究开发本部副部长神泽公先生（图片 1）将本公司没有的“Si 基功率装置产品”作为开发目标，即 SiC 功率装置。神泽先生强调，“作为一个起步较晚的生产厂家，需要具有远远超过 Si 装置性能的、被称为 SiC 装置的新产品。因此，必须加强对 SiC 功率装置的开发”。
罗姆公司从 1990 年上半年就开始开发 SiC 装置。在 2003 年正式开始开发，并从 2005年起将 SiC-SBD（schottky barrier diode）和 SiC-MOSFET 样品交由客户评价。在
2007年上半年，SiC-MOSFET 的开发取得了一定的成果，并在子公司罗姆?APOLLO
DEVICE（福冈县筑后市）建立了少量的量产生产线。
SiC 功率装置的目标市场是在耐压 500V 以上，但罗姆公司开发的产品为 600V～1200V的中耐压领域。另外，神泽先生还提到，“当初以替代额定电流不足 2 位数的离散型功率装置为目的提供的单体装置，根据汽车生产厂家、产业用电机生产厂家反馈的信息来看，对于超过 100A 的大电流领域，逆变器等的模块的需求会很大”。因此，目前也积极致力于模块的开发。
目前在罗姆公司，能够耐压 600V、并在 100A 电流下工作的 5mm 方形 SiC-SBD 片和能够耐压 1200V、并在 20A 电流下工作的、规格为 2.4mm×4.8mmSiC-MOSFET 片，已进入到商品化阶段。担任罗姆公司研究开发本部新材料研究开发中心负责人的中村孝提到，“只有本公司的 SiC-MOSFET 最接近商品化。特别是在作为装置可靠性指标的氧化膜的质量稳定性方面具有很大的成果”。
16 图 1 本田与罗姆开发的 SiC 功率模块的损耗比较（提供：罗姆公司）
进入 2008 年后，还相继发布了与汽车生产厂家之间共同开发的成果。2008 年 4
月，与日产共同开发具有高可靠性结构的 SiC-HJD（hetero junction diode）。9 月，与本田技术工业共同成功开发出搭载了 SiC-SBD 和 SiC-MOSFET 的、耐压 1200V、在 230A
电流下能够工作的功率模块。它与使用了 Si-IGBT 和 SiPIN 二极管的模块相比，在总损耗减少 46％的同时，即使开关频率达到原来的 4 倍，损耗也与原来相同（图 1）。
图片 2 罗姆开发的 SiC 逆变器模块在 250℃条件下工作的演示
在 2008 年的 CEATEC（日本高新技术展）展会上，对用 SiC-MOSFET 和 SiC-SBD 构成的逆变器模块在 250℃以上条件下工作进行了实际演示（图片 2）。中村先生强调，“SiC装置具有很高的耐高温性，但在实际安装模块时，对周边技术的要求较高”。
神泽先生说，“目前，SiC 装置的商品化已移交到事业部。作为研究开发本部，需要考虑 SBD、MOSFET 在 2009 年正式量产，这也是客户所期待的”。
17 利用 Hybrid-Pair 技术，减少功率损耗 40％
图 2 东芝的 SiC-JBS 与以前的 SiC 二极管的性能比较（提供：东芝）
图片 3 使用了东芝 Hybrid-Pair 型逆变器的汽车系统的应用演示
东芝公司，开发出了属SiC-SBD一类的、具有接合势垒型结构的SiC-JBS。SiC-JBS能够在抑制漏电流的同时，使正向电压降低。它与目前市场上销售的、耐压 1250V、导通电压 1.22V（电流密度 200A/cm2）的SiC-SBD相比较，可以将导通电压降低 0.3～0.6V（图 2）。
在 2008 年的 CEATEC（日本高新技术展）展会上，对由该 SiC-JBS 和 Si-IGBT 构成的
“Hybrid-Pair 型”4kVA级3 相逆变器以及利用该逆变器驱动电机使轮胎旋转进行了演示（图片 3）。它与由一般的 Si-PiN 二极管和 Si-IGBT 构成的 3 相逆变器相比较，虽然仅仅是将二极管换成 SiC-JBS，但逆变器的损失却减少 30～40％。
另外，东芝公司提到，“SiC-JBS 正在进行可按需求提供使用的阶段。如果从现在开始进行适用于电动汽车的逆变器的研究开发，就可在 2015 年推出搭载 SiC-JBS 的汽车。只是价格方面的问题，但如果价格在 Si-PiN 二极管的 5 倍以下，就能够得到广泛采用”。
18 GaN 装置的可能性
作为与 SiC 相同的下一代功率装置的 GaN 装置，常闭型 GaN-FET 最大的课题是如何实现高耐压和低导通电阻。SANKEN 电气公司开发出了采用独立结构的常闭型 GaN-FET 装置，并在基板厚膜化的前提下实现了高耐压和低导通电阻。
图片 4 SANKEN 电气的後藤博一
担任SANKEN电气公司技术本部先行技术开发总体部先行开发部GaN开发小组负责人的后藤博一（图片 4）谈到，“本公司GaN相关的蓝光LED正在量产，并且拥有在硅基板上使GaN外延生成的GaN基板制造技术。LED的膜厚为 2μm～3μm即可，但GaN装置需达到
5μm～6μm”。但是，对于硅基的GaN基板而言，由于每 1cm2的缺陷达 10 亿个以上，所以没有生产结晶质量要求很高的纵型结构的MOSFET。后藤先生认为，“如果是横型的HEMT结构，既能避免缺陷，又能实现高移动性，从各种各样的情况来看，HEMT是实现GaN-FET的重要条件”。
2006 年，SANKEN 电气公司成功开发出了常闭型装置。其创新的关键是在 p 型材料下面形成凹栅。目前正在为实现该产品商品化做准备。
图片 5 使用了 SANKEN 电气 GaN 装置的逆变器的电机工作演示
19 在 2008 年的 CEATEC（日本高新技术展）展会上，对使用由常闭型 GaN-FET 和 GaN-SBD构成的逆变器使电机工作进行了演示（图片 5）。后藤认为，“由于 GaN 装置可以达到
200GHz～300GHz 的高频，所以目前在 100kHz 左右驱动电视用电源等能够大幅实现小型化。但电动汽车的逆变器等需达到 100A 以上的大电流，这对单片面积较大的 HEMT
结构不利。因此必须开发纵型结构的装置”。
下一代电子部件亮相
图片 C 用在 Magneti Marelli 公司开发的 KERS 中的大容量陶瓷电容 EVC 系列（提供：村田制作所）
针对如何提高电动汽车的能量效率，电子部件生产厂家也正在加紧进行新的研发。村田制作所开发出了车载逆变器使用的大容量陶瓷电容“EVC 系列”。被采用在美国
Vectrix 公司的电动摩托车和意大利 Magneti Marelli 公司开发的、2009 年 F1 赛车使用的再生能量系统“KERS”等之中（图片 C）。
图片 D 松下电工的新型车载继电器 CN-H
松下电工开发出了汽车内进行电力分配的接线盒（J/B）用的车载继电器新产品
“CN-H”（图片 D）。
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