电动汽车的高效电源管理

现在，电动汽车因其在质量、功能简单性，以及能源效率方面的环保特性而变得流行起来。功能推力由电动机驱动，与内燃机相比，电动机的结构简单。关于能源效率，燃烧汽车与电动汽车之间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％。推进的电气性质比基于燃烧的性质更具优势——再生能源。

电力提供了很多灵活性，包括使用各种形式的能量收集，这些能量收集可帮助给电池充电，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究和开发方案的前景。

电动汽车的自主性直接反映了其动力总成和能源管理系统的效率。此外，同样需要必要的基础设施，例如现在达到数百千瓦功率的强大的快速充电系统，以符合严格预先设定的尺寸和效率限制。通过其特定的物理性能，碳化硅（SiC）可以有效地应对这些新的市场需求。

在混合动力和电动汽车中，领先的电子电源系统是DC / DC升压转换器和DC / AC逆变器。为电动汽车开发的电子系统范围从温度，电流和电压传感器到基于SiC和氮化镓（GaN）的半导体。

碳化硅功能强大

如今，自主性和较长的充电时间已成为电动汽车普及的重要障碍。为了快速充电，需要更大的功率才能在更短的时间内进行充电。由于车内可用空间有限，因此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）或插电式混合动力汽车（HEV）的中心，我们都可以找到高压电池（200至450 VDC）及其充电系统。车载充电器（OBC）提供了从家中或公共或私人充电站中的交流电源为电池充电的方法。从3.6 kW的三相大功率转换器到22 kW的单相，当今的OBC必须具有尽可能高的效率和可靠性，以确保快速充电并满足有限的空间和重量要求。

所有快速充电系统都需要设置紧凑而高效的充电站，而当前的SiC电源模块允许创建具有所需功率密度和效率的系统。为了实现有关功率密度和系统效率的宏伟目标，必须使用SiC晶体管和二极管。

高硬度SiC衬底的出色电场强度允许使用更薄的基础结构。与硅外延层相比，这可以达到厚度的十分之一。电池的趋势是增加容量，并且此功能与较短的充电时间有关。反过来，这需要具有高功率和效率（例如11 kW和22 kW）的OBC。

随着SCT3xHR系列的推出，ROHM现在提供了AEC-Q101合格SiC MOSFET领域中最广泛的产品线，从而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）。意法半导体（STMicroelectronics）还拥有各种符合AEC-Q101标准的MOSFET，硅和碳化硅（SiC）二极管，以及32位SPC5汽车微控制器，可为实现这些要求苛刻的转换器提供可扩展，经济高效和节能的解决方案（图2）。

图1：SCT3xHR的热特性。 （来源：罗姆）

图2：电动汽车的电气系统框图。 （来源：意法半导体）

车辆到电网

在未来十年内，预计将有数以百万计的电池驱动电动汽车出现在道路上，这对电网构成了巨大挑战。随着非可编程可再生资源的生产扩展，平衡网络的需求也在不断增加。

当汽车电池通过家用充电墙盒或公司或公共充电站连接到网络时，其智能管理就变得极为有吸引力。车载电池可用于为网络供电以及取电，具体取决于吸收功率的即时需求。

该系统使用遥控器提供车辆中积聚的能量的返回或通过网络（向电池）的回收。实现该系统的关键技术是双向功率逆变器，该逆变器在自动侧直接耦合到高压电池（300至500伏），在低压网络侧耦合（图3）。

图3：车辆到电网（V2G）技术。

车辆到电网（V2G）技术具有使电网更加平衡和高效的潜力。在电力需求增加的同时，平衡供需关系至关重要。

无线充电

得益于位于车库或公共停车场的充电点，令人兴奋的领域是电动汽车的无线充电。充电点不一定必须与汽车下方的接收器精确对准。从长远来看，将尝试开发一种微型装载版本，该微型装载版本可以整合长装载板和公共道路，从而即使在行驶中也能装载EV / HEV车辆，但这将取决于在国家和地方行政级别上遇到的困难数量。

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结合到车辆本身中，而且还必须结合到家庭和城市基础设施中。车辆已充电。如果需要，这将使车辆高度可用。

基于磁共振技术的无线充电允许电动汽车，无论类型或大小，都可以通过使用诸如混凝土和沥青之类的材料在源极板上放置挠性线圈来自动安全地充电。无线电源将使车辆能够自动充电并实施V2G技术，从而不断地进行激励和衰减，而无需人工干预（图4）。

图4：电动汽车的无线充电框图。

结论

数字网络功能支持的宽带半导体技术和快速充电站，将有助于加速电动汽车的普及。随着全球对电动汽车的需求增加，支持充电基础设施的需求也会增加。电动汽车的创新充电技术可以成为变革的催化剂，有助于促进电动汽车的普及，并为实现减少碳排放的目标做出了很多贡献。

电动汽车的功率电子器件富含SiC功率器件，可以满足改进的需求：系统的能效；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-因此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）确保在高频下具有最高的开关效率。

本文来源eetimes，电源网编译。