電動(dòng)汽車因其在質(zhì)量、功能簡(jiǎn)單性以及最重要的能源效率方面的環(huán)保特性而變得越來(lái)越流行。功能推力由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，與內(nèi)燃機(jī)相比，電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。在能源效率方面，內(nèi)燃機(jī)汽車和電動(dòng)汽車的比較具有象征意義：內(nèi)燃機(jī)汽車的能源效率為 16%，而電動(dòng)汽車的能源效率為 85%。推進(jìn)的電氣特性比基于燃燒的特性——能量再生——具有優(yōu)勢(shì)。

電力提供了很大的靈活性，包括使用各種形式的能量收集，幫助為電池充電，從而延長(zhǎng)車輛本身的運(yùn)行時(shí)間。因此，能量收集技術(shù)處于電動(dòng)汽車研發(fā)方案的前沿。

電動(dòng)汽車的自主性直接反映了其動(dòng)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(qiáng)大快速充電系統(tǒng)，同樣需要嚴(yán)格遵守預(yù)先確定的尺寸和效率限制。通過(guò)其特定的物理特性，碳化硅 (SiC) 代表了對(duì)這些新市場(chǎng)需求的有效響應(yīng)。

在混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車中，領(lǐng)先的電力系統(tǒng)是 DC/DC 升壓轉(zhuǎn)換器和 DC/AC 逆變器。為電動(dòng)汽車開(kāi)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(qiáng)大

如今，自主性和較長(zhǎng)的充電時(shí)間是電動(dòng)汽車普及的重大障礙。為了快速充電，需要更多的功率才能在更短的時(shí)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，才有可能將這些系統(tǒng)集成到車輛中。

在任何電動(dòng)汽車 (EV) 或插電式混合動(dòng)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，以確保快速充電時(shí)間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(jì)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(shí)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(chǎng)強(qiáng)度允許使用更薄的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。這使得與硅外延層相比可以達(dá)到十分之一的厚度。電池的趨勢(shì)是增加其容量，而此功能與更短的充電時(shí)間相關(guān)。反過(guò)來(lái)，這需要以高功率和高效率為特征的 OBC，例如 11 kW 和 22 kW。

隨著 SCT3xHR 系列的推出，ROHM 現(xiàn)在提供了符合 AEC-Q101 標(biāo)準(zhǔn)的 SiC MOSFET 領(lǐng)域中最廣泛的產(chǎn)品線，這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，可為實(shí)現(xiàn)這些要求苛刻的轉(zhuǎn)換器提供可擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)高效且節(jié)能的解決方案（圖 2）。

圖 1：SCT3xHR 的熱特性。（來(lái)源：羅姆）

圖 2：電動(dòng)汽車電氣系統(tǒng)的框圖。（來(lái)源：意法半導(dǎo)體）

車輛到電網(wǎng)

預(yù)計(jì)未來(lái)十年將有數(shù)百萬(wàn)輛電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車上路，這對(duì)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(guò)家用充電墻盒或企業(yè)或公共充電站接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，對(duì)汽車電池的智能管理變得極具吸引力。汽車電池可用于為網(wǎng)絡(luò)供電或取電，具體取決于吸收功率的即時(shí)需求。

該系統(tǒng)提供車輛中積累的能量的返回，或使用遙控器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)（朝向電池）提取??。實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是雙向功率逆變器，它在汽車側(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)有可能使電網(wǎng)更加平衡和高效。隨著電力需求的增加，平衡供需將是關(guān)鍵。

無(wú)線充電

一個(gè)令人難以置信的令人興奮的領(lǐng)域是電動(dòng)汽車的無(wú)線充電，這要?dú)w功于位于車庫(kù)或公共停車場(chǎng)的充電點(diǎn)。充電點(diǎn)不一定要與汽車下方的接收器精確對(duì)齊。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，將嘗試開(kāi)發(fā)一個(gè)微型裝載版本，它可以將長(zhǎng)裝載板和公共道路整合在一起，以便在行駛中裝載EV/HEV車輛，但這將取決于在國(guó)家和地方行政層面遇到的困難的數(shù)量。

為了使 V2G 技術(shù)能夠不間斷地運(yùn)行，提供網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)，并允許車輛充當(dāng)發(fā)電機(jī)和數(shù)據(jù)源，無(wú)線充電技術(shù)不僅必須融入車輛本身，還必須融入家庭和城市基礎(chǔ)設(shè)施中。車輛充電。如果需要，這將允許車輛高度可用。

基于磁共振技術(shù)的無(wú)線充電允許電動(dòng)汽車，無(wú)論類型或大小，通過(guò)將柔性線圈放置在源墊上，使用混凝土和瀝青等材料，自動(dòng)安全地充電。無(wú)線電力將允許車輛自動(dòng)充電和實(shí)施 V2G 技術(shù)，不斷地允許激勵(lì)和衰減，而無(wú)需人工干預(yù)（圖 4）。

圖 4：電動(dòng)汽車無(wú)線充電框圖。

結(jié)論

在數(shù)字網(wǎng)絡(luò)能力的支持下，寬帶半導(dǎo)體技術(shù)和快速充電站將有助于加速電動(dòng)汽車的普及。隨著全球?qū)﹄妱?dòng)汽車的需求增加，支持充電基礎(chǔ)設(shè)施的需求也將增加。電動(dòng)汽車的創(chuàng)新充電技術(shù)可以成為變革的催化劑，有助于推動(dòng)電動(dòng)汽車的普及，并為實(shí)現(xiàn)減少碳排放的目標(biāo)做出很多貢獻(xiàn)。

電動(dòng)汽車的電力電子設(shè)備配備了 SiC 功率器件，可滿足以下改進(jìn)需求： 系統(tǒng)的能源效率；電動(dòng)汽車的強(qiáng)度和功率密度；以及需要高電壓和高功率的大功率應(yīng)用，從而對(duì)系統(tǒng)性能和長(zhǎng)期可靠性做出重要貢獻(xiàn)。SiC MOSFET 和 SiC 肖特基勢(shì)壘二極管 (SBD) 確保了高頻下的最大開(kāi)關(guān)效率。