新兴解决方案增强了电动汽车电源（功耗）管理

Emerging solutions enhance electric-vehicle power management

电动汽车正变得越来越受欢迎，因为在质量、功能简单、最重要的是节能方面具有环保的特点。功能推力由电动机驱动，与内燃机相比，电动机结构简单。关于能源效率，燃烧汽车和电动汽车的比较具有象征意义：燃烧汽车的能源效率为16%，而电动汽车的能源效率为85%。与基于燃烧的能量再生相比，推进的电性有一个优势。

电力提供了很大的灵活性，包括使用各种形式的能量收集，帮助电池充电，从而延长车辆本身的运行时间。因此，能量收集技术是电动汽车研发的前景。

电动汽车的自主性直接反映了其动力总成和能量管理系统的效率。此外，必要的基础设施，例如现在功率达到几百千瓦的强大快速充电系统，也同样需要遵守严格预先确定的规模和效率限制。碳化硅（SiC）以其独特的物理性能代表了对这些新的市场需求的有效响应。

在混合动力和电动汽车中，主要的电子动力系统是DC/DC升压变换器和DC/AC逆变器。为电子迁移率开发的电子系统从温度、电流和电压传感器到基于SiC和氮化镓（GaN）的半导体。

SiC Powerful

强力SiC

如今，自主性和长充电时间是电动汽车普及的重大障碍。为了快速充电，需要更大的功率才能在更短的时间内重新充电。由于车内可用空间有限，蓄电池充电系统必须提供高功率密度；只有这样，才有可能将这些系统集成到车辆中。

在任何电动汽车（EV）或插电式混合动力（HEV）的中心，可以找到一个高压电池（200到450伏直流电）及其充电系统。车载充电器（OBC）提供了从家中的交流电源或公共或私人充电站的插座为电池充电的方法。从3.6千瓦到22千瓦单相三相大功率变流器，今天的OBC必须具有最高的效率和可靠性，以确保快速充电时间，并满足有限的空间和重量要求。

所有快速充电系统都需要采用紧凑高效的设计来设置充电站，目前的SiC电源模块允许创建具有所需功率密度和效率的系统。为了实现功率密度和系统效率方面的宏伟目标，有必要使用SiC晶体管和二极管。

高硬度碳化硅基板的优越电场强度允许使用更薄的基底结构。这使得可以达到硅外延层厚度的十分之一。电池的发展趋势是增加容量，这一特性与较短的充电时间有关。反过来，这要求OBC具有高功率和高效率的特点，例如11千瓦和22千瓦。

随着SCT3xHR系列的引入，ROHM现在提供了AEC-Q101合格SiC MOSFET领域最广泛的生产线，这保证了车载充电器和汽车应用DC/DC转换器所需的高可靠性（图1）。STMicroelectronics还拥有广泛的AEC-Q101合格MOSFET、硅和碳化硅（SiC）二极管，以及32位SPC5汽车微控制器，为实现这些高要求的转换器提供可扩展、经济高效的解决方案（图2）。

Figure 1: Thermal characteristics of SCT3xHR.

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

Vehicle to Grid

预计在未来10年内，数百万辆电池驱动的电动汽车将在道路上行驶，这对电网构成了重大挑战。随着不可编程可再生能源生产的普及，平衡网络的需求不断增加。

当汽车电池通过家用充电墙盒、企业或公共充电站接入网络时，其智能化管理变得非常有吸引力。汽车电池既可以用来为网络供电，也可以用来供电，这取决于吸收电力的迫切需要。
该系统提供车辆中积累的能量的返回，或使用遥控器由网络（朝向电池）提取能量。实现该系统的关键技术是一个双向功率逆变器，在汽车侧直接耦合到高压蓄电池（300至500伏）和低压电网侧（图3）。

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

车辆到电网（V2G）技术有可能使电网更加平衡和高效。随着电力需求的增加，供需平衡将是关键。

Wireless Charging

一个令人难以置信的令人兴奋的领域是电动汽车的无线充电，这要归功于车库或公共停车场的充电点。充电点不一定要与车下的接收器精确对齐。从长远来看，将尝试开发一种微型装载版本，可以将长装载板和公共道路结合起来，以便在电动汽车/混合动力汽车行驶时也能装载这些车辆，但这将取决于国家和地方行政级别遇到的困难的数量。

为了使V2G技术能够不间断地运行，提供网络稳定的优势，并允许车辆充当发电机和数据源，无线充电技术不仅必须融入车辆本身，还必须融入为车辆充电的家庭和城市基础设施中。这将使车辆在需要时高度可用。

基于磁共振技术的无线充电允许电动汽车，无论其类型或尺寸，通过将柔性线圈放置在源垫上，使用混凝土和沥青等材料自动安全充电。无线电源将允许车辆自动充电和实施V2G技术，不需要人为干预就可以不断地进行激励和衰减（图4）。

Figure 4: Block diagram of wireless charging for EV.

图4：电动汽车无线充电框图。

结论

宽带半导体技术和快速充电站，在数字网络能力的支持下，将有助于加速电动汽车的普及。随着全球对电动汽车需求的增加，支持充电基础设施的需求也将增加。电动汽车的创新充电技术可以成为变革的催化剂，有助于推动电动汽车的采用，并为实现减少碳排放的目标做出很大贡献。

电动汽车的电力电子技术中，丰富了SiC功率器件，以满足改进的需要：系统的能量效率；电动汽车的强度和功率密度；以及需要高电压和高功率的大功率应用，从而对系统性能和长期可靠性做出了重要贡献。SiC MOSFET和SiC肖特基势垒二极管（SBD，SiC MOSFETs and SiC Schottky Barrier Diodes(SBDs) ）确保在高频下实现最大的开关效率。

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