利用碳化硅技术提高电动车的电源管理效率

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因为质量、功效简朴以及最首要的是节能等环保特点,电动车正变得越来越受接待。与燃油车比拟,电力驱念头布局较为简朴,同时电动车在能源效益方面有突出优势:燃油车的能源效益为16%,而电动车的能源效益为85%。电力推进能够实现能源再生。

电力供应了很大的灵活性,包括使用种种形式的能量网络,有助于为电池充电,从而延伸电车自己的运行时间。因此,能量网络妙技在电动车的研究和启示中具有广漠的前景。

电动车的自主性直接反响了其动力系统和能源经管系统的坚守。另外,必要的基础举措,如现已到达几百千瓦功率的壮大快速充电体系,也必须严肃恪守预先设定的尺寸和恪守限制。碳化硅(silicon carbide SiC)以其奇怪的物理特性有效应对这些新兴市场的需求。

在搅浑动力汽车和电动车中,主要的电力系统DC/DC升压转换器和DC/AC逆变器。针对移动出行而斥地的电子体系包罗从温度、电流和电压传感器到基于SiC和氮化镓(GaN)的半导体器件。

壮大的碳化硅器件

现现在,自立性和充电时长极大地阻截了电动车的遍及。为了快速充电, 我们需要更高功率的电源,以便在更短的时间内完成充电。由于车内空间有限,电池充电体系必须具备高功率密度;只有如许,才调将该体系集成到车辆中。

任何电动车或插电式混合动力汽车的中间,我们都能看到一个高压电池(200到450伏直流电)及其充电系统。得益于车载充电器(OBC),电池或许通过家用交流电源或民众或私人充电站插座充电。从3.6 kW的三相大功率变更器到22 kW的单相调换器,现在的车载充电器必需具有极高的功用和可靠性,以确保快速充电,餍足有限的空间和重量要求。

扫数快速充电体系都必要规划紧凑高效的充电站,而且今朝的SiC电源模块能够建立具有所需功率密度和听从的体系。为了实现功率密度和系统遵从的宏伟目标,有必要使用SiC晶体管和二极管。

高硬度碳化硅衬底优越的电场强度,能够利用较薄的基底构造。这使得其厚度只有硅外延层的十分之一。以后电池的容量会日益增强,而这一特性与缩短充电时间有关。这就需要具有高功率和高功用(如11千瓦和22千瓦)特征的车载充电器。

跟着SCT3xHR系列的推出,ROHM现在能供给切合AEC-Q101标准的SiC MOSFET范畴中最广泛的产品线,从而包管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)也拥有符合 AEC-Q101圭表的多种MOSFET、硅和碳化硅(SiC)二极管器件,以及32位SPC5汽车微节制器,以便为这些高要求的转换器供应可扩展、经济高效且节能的办理方案。 (图2)。

W55EETC-电子工程专辑 图1:SCT3XHR的热特征。(泉源:ROHM)

W55EETC-电子工程专辑 图2:电动车电力体系框图。(根源:意法半导体)

车辆到电网

未来10年,预计将有数百万辆电池驱动的电动车上路,这对电网组成了庞大搬弄。跟着、不可编程的可再生能源出产的遍及,平衡电力收集的要求也在不绝增强。

当汽车电池经由家用充电壁盒、企业或民众充电站接上钩络时,其电池的智能化经管变得异常有吸引力。汽车电池可以用来给电网供电,也能够用来取电,这取决于接收电能的迫切必要。

该体系可以将车内积累的能量清偿至充电站,或通过网络(对电池)遥控提取能量。实现该体系的要害手段是一个双向电源逆变器,该逆变器直接耦合在汽车侧的高压电池(300至500伏)和低压网络侧(图3)。 W55EETC-电子工程专辑 图3:车辆到电网(V2G)技术。

车辆到电网(V2G) 妙技有梗概实现越发平衡和高效的电网。电力供需均衡将是电力需求增长的关键。

无线充电

电动车的无线充电是一个令人难以置信的令人兴奋的范畴,这得益于位于车库或大众泊车场的充电站。充电点不一定要与车下的接收器准确对准。以后厂商将实行开发一种微加载型号,或许将长装载板和公共阶梯整合在一起,从而即使在行驶中也能装载EV / HEV车辆,但这取决于国家和处所行政治理层会给该类启示造成的阻拦水平。

为使V2G技术或许不中止地运行,供给网络稳定性上风,并让汽车充当发电机和数据源,无线充电妙技不只必需融入车辆自己,还必须融入到为车辆充电的家庭和都会根蒂举措中。唯有如此,汽车才调及时餍足大众需求。

基于磁共振妙技的无线充电或许让各类型号的电动车经由在电源垫上放置柔性线圈,使用混凝土和沥青等原料,实现自动安详充电。借助无线电源,车辆或许主动充电并实现V2G手段,在不需要人工干与的情况下不绝进行激励和衰减轮回(图4)。 W55EETC-电子工程专辑 图4:电动车无线充电框图。

结论

在数字网络才力支持下,宽带半导体妙技和快速充电站将有助于加快电动车的遍及。跟着全球对电动车需求一直增长,充电根蒂设施的撑持需求也将增加。电动车的鼎新革旧充电妙技可以成为变革的催化剂,有助于促进电动出行的遍及,并为实现镌汰碳排放的目标做出了很多孝顺。

电动车的动力体系接纳碳化硅功率器件能提拔系统的能效、电动车强度和功率密度以及高电压、高功率的大功率应用,从而极大地提升系统机能和长期靠得住性。碳化硅MOSFETs和碳化硅肖特基势垒二极管(SBDs)确保在高频段具有最高的转换效用。

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责编:Yvonne Geng

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