電動車高效電源管理

作者 : Maurizio Di Paolo Emilio,EE Times Europe編輯、EEWeb主編

電動車的創新充電技術可成為變革的催化劑,有助於促進e-Mobility的普及。

因為品質、功能簡單,以及最重要的節能等環保特點,電動車(EV)正變得越來越受歡迎。與燃油車相比,電動馬達結構較為簡單,同時電動車在能源效益方面有突出優勢:燃油車的能源效益為16%,而電動車的能源效益為85%,不斷推陳出新的電氣技術還能實現能源再生。

電力提供了很大的靈活性,包括使用各種形式的能量收集,有助於為電池充電,從而延長電動車本身的執行時間。因此,能量收集技術在電動車的研究和開發中具有廣闊的前景。

電動車的自主性直接反映了其動力系統和能源管理系統的效率。此外,必要的基礎設施,如現已達到幾百kW功率的強大快速充電系統,也必須嚴格遵守預先設定的尺寸和效率限制。碳化矽(silicon carbide;SiC)以其獨特的物理特性有效應對這些新興市場的需求。

在混合動力車(HEV)和電動車中,主要的電力系統是DC/DC升壓轉換器和DC/AC逆變器。針對電動交通運輸(e-Mobility)而開發的電子系統包含從溫度、電流和電壓感測器到基於SiC和氮化鎵(GaN)的半導體元件。

強大的SiC元件

如今,自主性和充電時間極大地阻礙了電動車的普及。為了快速充電,需要更高功率的電源,以便在更短的時間內完成充電。由於車內空間有限,電池充電系統必須具備高功率密度;只有這樣,才能將該系統整合到車輛中。

任何電動車或插電式混合動力車的中心,我們都能看到一個高壓電池(200~450V直流電)及其充電系統。得益於車載充電器(OBC),電池可以透過家用交流電源或公共或私人充電站插座充電。從3.6kW的三相大功率轉換器到22kW的單相轉換器,當今的車載充電器必須具有極高的效率和可靠性,以確保快速充電,滿足有限的空間和重量要求。

所有快速充電系統都需要設計緊湊高效的充電站,且目前的SiC電源模組可以創建具有所需功率密度和效率的系統。為了實現功率密度和系統效率的偉大目標,有必要使用SiC電晶體和二極體。

高硬度SiC基板優越的電場強度,可以使用較薄的基底結構。這使得其厚度只有矽外延層的十分之一。今後電池的容量會日益增加,而這一特性與縮短充電時間有關,這就需要具有高功率和高效率(如11kW和22kW)特性的車載充電器。

隨著SCT3xHR系列的推出,Rohm現在能提供符合AEC-Q101標準的SiC MOSFET領域中最廣泛的產品線,從而保證了車載充電器和汽車應用DC/DC轉換器所需的高可靠性(圖1)。意法半導體(STMicroelectronics)也擁有符合AEC-Q101標準的多種MOSFET、矽和SiC二極體元件,以及32位元SPC5汽車微控制器,以便為這些高要求的轉換器提供可擴展、經濟高效且節能的解決方案(圖2)。

20191211TA31P1
圖1 SCT3XHR的熱特性。(資料來源:Rohm)

20191211TA31P2
圖2 電動車電力系統框架圖。(資料來源:意法半導體)

車輛到電網(V2G)

未來10年,預計將有數百萬輛電池驅動的電動車上路,這對電網構成了重大挑戰。隨著不可程式設計的可再生能源生產的普及,平衡電力網路的要求也在不斷增加。

當汽車電池透過家用牆上插座、企業或公共充電站接入網路時,其電池的智慧化管理變得非常有吸引力。汽車電池可以用來為電網供電,也可以用來取電,這取決於吸收電能的迫切需要。

該系統可以將車內積聚的能量歸還至充電站,或透過網路(對電池)遙控提取能量。實現該系統的關鍵技術是一個雙向電源逆變器,該逆變器直接耦合在汽車側的高壓電池(300~500V)和低壓網路側(圖3)。

20191211TA31P3
圖3 V2G技術。

V2G技術有可能實現更加平衡和高效的電網。電力供需平衡將是電力需求增長的關鍵。

無線充電

電動車的無線充電是一個令人興奮的領域,這得益於位於車庫或公共停車場的充電站,且充電點不一定要與車下的接收器精確對準。今後廠商將嘗試開發一種微負載(micro-loading)版本,可以將長負載板和公共道路整合在一起,從而即使在行駛中也能為電動車/混合動力車充電,但這取決於國家和地方行政管理層會為該類開發造成的阻礙程度…

…完整閱讀請連結EE Times Taiwan網站

掃描或點擊QR Code立即加入 “EETimes技術論壇” Line 群組 !

 EET-Line技術論壇-QR

發表評論