電動汽車正變得越來越流行，其在質(zhì)量、功能簡單以及最重要的能源效率方面具有環(huán)保特性。功能推力由電動機驅(qū)動，與內(nèi)燃機相比，其結(jié)構(gòu)簡單。在能效方面，燃油車和電動車的對比很有代表性：燃油車的能效為16%，而電動車的能效為85%。推進(jìn)的電力性質(zhì)比基于燃燒的電力更具優(yōu)勢——能量的再生。
電力提供了很大的靈活性，包括使用各種形式的能量收集來幫助給電池充電，從而延長車輛本身的運行時間。因此，能量收集技術(shù)處于電動汽車研發(fā)場景的前沿。
電動汽車的自主性直接反映了其動力總成和能源管理系統(tǒng)的效率。此外，必要的基礎(chǔ)設(shè)施，例如現(xiàn)在達(dá)到數(shù)百千瓦功率的強大快速充電系統(tǒng)，同樣需要嚴(yán)格遵守預(yù)先設(shè)定的尺寸和效率限制。通過其特定的物理特性，碳化硅 (SiC) 代表了對這些新市場需求的有效響應(yīng)。
在混合動力和電動汽車中，領(lǐng)先的電子電源系統(tǒng)是 DC/DC 升壓轉(zhuǎn)換器和 DC/AC 逆變器。為電動汽車開發(fā)的電子系統(tǒng)范圍從溫度、電流和電壓傳感器到基于 SiC 和氮化鎵 (GaN) 的半導(dǎo)體。
碳化硅強大
如今，自主性和充電時間長是電動汽車普及的重大障礙。為了快速充電，需要更多的電量才能在更短的時間內(nèi)進(jìn)行充電。由于車內(nèi)可用空間有限，電池充電系統(tǒng)必須提供高功率密度；只有這樣，才能將這些系統(tǒng)集成到車輛中。
在任何電動汽車 (EV) 或插電式混合動力汽車 (HEV) 的中心，我們都可以找到高壓電池（200 至 450 VDC）及其充電系統(tǒng)。車載充電器 (OBC) 提供了從家里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 kW 到 22 kW 單相的三相大功率轉(zhuǎn)換器，當(dāng)今的 OBC 必須具有盡可能高的效率和可靠性，以確保快速充電并滿足有限的空間和重量要求。
所有快速充電系統(tǒng)都需要建立具有緊湊高效設(shè)計的充電站，而當(dāng)前的 SiC 功率模塊允許創(chuàng)建具有所需功率密度和效率的系統(tǒng)。為了實現(xiàn)有關(guān)功率密度和系統(tǒng)效率的宏偉目標(biāo)，有必要使用 SiC 晶體管和二極管。
高硬度 SiC 襯底的卓越電場強度允許使用更薄的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。與硅外延層相比，這使得其厚度可以達(dá)到十分之一。電池的趨勢是增加其容量，而此功能與更短的充電時間有關(guān)。反過來，這需要具有高功率和高效率的 OBC，例如 11 kW 和 22 kW。
圖 1：SCT3xHR 的熱特性。（來源：羅姆）
隨著 SCT3xHR 系列的推出，ROHM 現(xiàn)在提供符合 AEC-Q101 標(biāo)準(zhǔn)的 SiC MOSFET 領(lǐng)域最廣泛的產(chǎn)品線，保證了車載充電器和汽車應(yīng)用 DC/DC 轉(zhuǎn)換器所需的高可靠性（圖 1）。STMicroelectronics 還擁有各種符合 AEC-Q101 標(biāo)準(zhǔn)的 MOSFET、硅和碳化硅 (SiC) 二極管，以及 32 位 SPC5 汽車微控制器，為實現(xiàn)這些要求苛刻的轉(zhuǎn)換器提供可擴展、經(jīng)濟高效和節(jié)能的解決方案（圖 2）。
圖 2：電動汽車電氣系統(tǒng)框圖。（來源：意法半導(dǎo)體）
車輛到電網(wǎng)
預(yù)計未來十年將有數(shù)百萬輛電池供電的電動汽車上路，這對電網(wǎng)提出了重大挑戰(zhàn)。隨著非可編程可再生能源生產(chǎn)的普及，平衡網(wǎng)絡(luò)的需求不斷增加。
當(dāng)汽車電池通過家用充電墻盒、企業(yè)或公共充電站接入網(wǎng)絡(luò)時，汽車電池的智能管理變得極具吸引力。汽車電池可用于向網(wǎng)絡(luò)供電，也可取用，具體取決于吸收功率的即時需求。
該系統(tǒng)提供在車輛中累積的能量的返回，或者使用遙控器通過網(wǎng)絡(luò)（朝向電池）撤回。實現(xiàn)該系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是雙向功率逆變器，該逆變器在汽車側(cè)直接耦合到高壓電池（300 至 500 伏）和低壓網(wǎng)絡(luò)側(cè)（圖 3）。
圖 3：車輛到電網(wǎng) (V2G) 技術(shù)。
車輛到電網(wǎng) (V2G) 技術(shù)有可能實現(xiàn)更加平衡和高效的電網(wǎng)。隨著電力需求的增加，平衡供需將是關(guān)鍵。 |
