Piikarbidisirujen avulla edullisemmin ja pidemmälle sähköautolla

Piikarbidisirujen avulla voidaan pidentää sähköautojen ajokantamaa. Bosch on kehittänyt piikarbidisiruille oman valmistusprosessin ja käynnistänyt niiden massatuotannon. Sirujen globaali kysyntä on jatkuvassa nousussa: markkinan arvioidaan olevan noin 2,5 miljardin dollarin arvoinen vuoteen 2025 mennessä.

Bosch ilmoitti kaksi vuotta sitten ryhtyvänsä kehittämään ja valmistamaan piikarbidisiruja.

”Piikarbidipuolijohteiden tulevaisuus on valoisa ja me haluamme tulla maailman johtavaksi sähköisen liikenteen piikarbidisirujen tuottajaksi”, sanoo Robert Bosch GmbH:n hallituksen jäsen Harald Kroeger.

Piikarbidi-puolijohteiden markkinoiden odotetaan kasvavan noin 30 prosentin vuosivauhdilla noin 2,5 miljardin dollarin arvoiseksi vuoteen 2025 mennessä. Sähköisen liikenteen osuudeksi arvioidaan tästä valtaosa, noin 1,5 miljardia dollaria.

“Piikarbidi-puolijohteet käyttävät energiaa äärimmäisen tehokkaasti. Tämän materiaalin parhaat ominaisuudet pääsevät todella loistamaan energiaintensiivisissä sovelluksissa kuten sähköisessä liikenteessä”, Kroeger sanoo.

Ylivoimaisia fysikaalisia ominaisuuksia

Piikarbidisirujen vaikuttavan suorituskyvyn salaisuus on pieni hiiliatomi. Kun sellainen lisätään äärimmäisen puhtaan piin kristallimaiseen rakenteeseen, materiaali saa hyvin erityisiä fysikaalisia ominaisuuksia. Niiden lämpöhäviöt ovat esimerkiksi puolta pienemmät kuin puhtaasta piistä tehdyillä siruilla.

”Koska piikarbidisirut säteilevät huomattavasti vähemmän lämpöä, sähköautojen tehoelektroniikka tarvitsee huomattavasti vähemmän jäähdytystä, joka on kallista. Painon vähentämisen lisäksi jäähdytystarpeen vähentäminen on toinen tehokas tapa vähentää sähköajoneuvojen kustannuksia”, Kroeger selittää.

Sähköautojen tehoelektroniikassa piikarbidisirut varmistavat myös, että kuljettajat voivat ajaa aiempaa pidemmälle yhdellä akun latauksella. Ajokantama on noin kuusi prosenttia pidempi kuin puhtaasta piistä tehdyillä siruilla. Sirut ovat tärkeitä myös 800 voltin järjestelmille. Niiden ansiosta latausajat lyhenevät ja ja suorituskyky paranee.

Innovatiivinen oma valmistusprosessi

Bosch on kehittänyt näiden hyvin erityislaatuisten puolijohteiden valmistukseen oman tuotantoprosessin. Bosch on valmistanut siruja jo vuoden 2021 alusta lähtien, ensi alkuun näytekappaleita asiakkaille nähtäväksi ja arvioitavaksi.

Tulevaisuudessa Bosch aikoo laajentaa piikarbidi-puolijohteiden tuotantokapasiteettiaan jopa satojen tuhansien kappalemääriin. Bosch on jo aloittanut puhdastilojensa laajentamisen Reutlingenin tehtaalla Saksassa. Samanaikaisesti kehitetään jo toisen sukupolven aiempaa tehokkaampia piikarbidisiruja. Näiden arvioidaan olevan valmiita massatuotantoon jo vuonna 2022.

Bosch on ainoa autoteollisuuden komponenttitoimittaja, joka valmistaa itse piikarbidisirunsa. Yrityksen puolijohteiden tuotantotapa vahvistaa mikroelektroniikan ekosysteemiä Euroopassa ja vie Eurooppaa askeleen lähemmäksi omavaraisuutta tällä digitalisoitumisen avainalueella.

200 millimetrin kiekoista mittakaavaetua

Tulevaisuudessa Bosch aikoo valmistaa puolijohteita 200 millimetrin kiekoille. Verrattuna nykyisiin 150 millimetrin kiekkoihin ne tarjoavat huomattavia mittakaavaetuja, koska yksittäisen kiekon valmistus kestää kuukausia ja prosessi sisältää satoja vaiheita lukemattomissa eri koneissa.

”Kun voimme valmistaa suurempia kiekkoja, voimme valmistaa merkittävästi enemmän siruja yhdellä tuotantokierroksella ja toimittaa niitä vastaavasti useammille asiakkaille”, Kroeger kuvailee.

Tulevaisuudessa Bosch toimittaa piikarbidi-puoljohteista tehtyä tehoelektroniikkaa asiakkailleen niin yksittäisinä siruina, tehoelektroniikkaan valmiiksi asennettuna tai vaikka voimansiirron e-axle-kokonaisratkaisuina.

Tällainen sähkömoottorin, vaihdelaatikon ja tehoelektroniikan yhdistelmä saavuttaa 96 prosentin hyötysuhteen kokonaisjärjestelmän optimaalisen tehokkuuden ansiosta. Tämä jättää voimansiirrolle lisää energiaa, mikä myös pidentää ajokantamaa.