新興解決方案增強了電動汽車電源（功耗）管理

Emerging solutions enhance electric-vehicle power management

電動汽車正變得越來越受歡迎，因為在質量、功能簡單、最重要的是節能方面具有環保的特點。功能推力由電動機驅動，與內燃機相比，電動機結構簡單。關于能源效率，燃燒汽車和電動汽車的比較具有象征意義：燃燒汽車的能源效率為16%，而電動汽車的能源效率為85%。與基于燃燒的能量再生相比，推進的電性有一個優勢。

電力提供了很大的靈活性，包括使用各種形式的能量收集，幫助電池充電，從而延長車輛本身的運行時間。因此，能量收集技術是電動汽車研發的前景。

電動汽車的自主性直接反映了其動力總成和能量管理系統的效率。此外，必要的基礎設施，例如現在功率達到幾百千瓦的強大快速充電系統，也同樣需要遵守嚴格預先確定的規模和效率限制。碳化硅（SiC）以其獨特的物理性能代表了對這些新的市場需求的有效響應。

在混合動力和電動汽車中，主要的電子動力系統是DC/DC升壓變換器和DC/AC逆變器。為電子遷移率開發的電子系統從溫度、電流和電壓傳感器到基于SiC和氮化鎵（GaN）的半導體。

SiC Powerful

強力SiC

如今，自主性和長充電時間是電動汽車普及的重大障礙。為了快速充電，需要更大的功率才能在更短的時間內重新充電。由于車內可用空間有限，蓄電池充電系統必須提供高功率密度；只有這樣，才有可能將這些系統集成到車輛中。

在任何電動汽車（EV）或插電式混合動力（HEV）的中心，可以找到一個高壓電池（200到450伏直流電）及其充電系統。車載充電器（OBC）提供了從家中的交流電源或公共或私人充電站的插座為電池充電的方法。從3.6千瓦到22千瓦單相三相大功率變流器，今天的OBC必須具有最高的效率和可靠性，以確保快速充電時間，并滿足有限的空間和重量要求。

所有快速充電系統都需要采用緊湊高效的設計來設置充電站，目前的SiC電源模塊允許創建具有所需功率密度和效率的系統。為了實現功率密度和系統效率方面的宏偉目標，有必要使用SiC晶體管和二極管。

高硬度碳化硅基板的優越電場強度允許使用更薄的基底結構。這使得可以達到硅外延層厚度的十分之一。電池的發展趨勢是增加容量，這一特性與較短的充電時間有關。反過來，這要求OBC具有高功率和高效率的特點，例如11千瓦和22千瓦。

隨著SCT3xHR系列的引入，ROHM現在提供了AEC-Q101合格SiC MOSFET領域最廣泛的生產線，這保證了車載充電器和汽車應用DC/DC轉換器所需的高可靠性（圖1）。STMicroelectronics還擁有廣泛的AEC-Q101合格MOSFET、硅和碳化硅（SiC）二極管，以及32位SPC5汽車微控制器，為實現這些高要求的轉換器提供可擴展、經濟高效的解決方案（圖2）。

Figure 1: Thermal characteristics of SCT3xHR.

Figure 2: Block diagram of an electric system for an EV.

Vehicle to Grid

預計在未來10年內，數百萬輛電池驅動的電動汽車將在道路上行駛，這對電網構成了重大挑戰。隨著不可編程可再生能源生產的普及，平衡網絡的需求不斷增加。

當汽車電池通過家用充電墻盒、企業或公共充電站接入網絡時，其智能化管理變得非常有吸引力。汽車電池既可以用來為網絡供電，也可以用來供電，這取決于吸收電力的迫切需要。
該系統提供車輛中積累的能量的返回，或使用遙控器由網絡（朝向電池）提取能量。實現該系統的關鍵技術是一個雙向功率逆變器，在汽車側直接耦合到高壓蓄電池（300至500伏）和低壓電網側（圖3）。

Figure 3: Vehicle-to-grid (V2G) technology.

車輛到電網（V2G）技術有可能使電網更加平衡和高效。隨著電力需求的增加，供需平衡將是關鍵。

Wireless Charging

一個令人難以置信的令人興奮的領域是電動汽車的無線充電，這要歸功于車庫或公共停車場的充電點。充電點不一定要與車下的接收器精確對齊。從長遠來看，將嘗試開發一種微型裝載版本，可以將長裝載板和公共道路結合起來，以便在電動汽車/混合動力汽車行駛時也能裝載這些車輛，但這將取決于國家和地方行政級別遇到的困難的數量。

為了使V2G技術能夠不間斷地運行，提供網絡穩定的優勢，并允許車輛充當發電機和數據源，無線充電技術不僅必須融入車輛本身，還必須融入為車輛充電的家庭和城市基礎設施中。這將使車輛在需要時高度可用。

基于磁共振技術的無線充電允許電動汽車，無論其類型或尺寸，通過將柔性線圈放置在源墊上，使用混凝土和瀝青等材料自動安全充電。無線電源將允許車輛自動充電和實施V2G技術，不需要人為干預就可以不斷地進行激勵和衰減（圖4）。

Figure 4: Block diagram of wireless charging for EV.

圖4：電動汽車無線充電框圖。

結論

寬帶半導體技術和快速充電站，在數字網絡能力的支持下，將有助于加速電動汽車的普及。隨著全球對電動汽車需求的增加，支持充電基礎設施的需求也將增加。電動汽車的創新充電技術可以成為變革的催化劑，有助于推動電動汽車的采用，并為實現減少碳排放的目標做出很大貢獻。

電動汽車的電力電子技術中，豐富了SiC功率器件，以滿足改進的需要：系統的能量效率；電動汽車的強度和功率密度；以及需要高電壓和高功率的大功率應用，從而對系統性能和長期可靠性做出了重要貢獻。SiC MOSFET和SiC肖特基勢壘二極管（SBD，SiC MOSFETs and SiC Schottky Barrier Diodes(SBDs) ）確保在高頻下實現最大的開關效率。

總結

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