能源生態系統：推動電動車未來發展的技術
作者 : Hwee Yng Yeo
為這個不斷擴大的電動車市場進行的創新範圍，包括從智慧逆變器到超快速充電電動車電源設備(EV supply equipment, EVSE)和越來越強大的電池。這些技術也助於提供續航里程保證並推動電動車的採用。
氣候問題和不斷變化的消費者偏好正在推動電動車的技術創新，以此作為實現更綠色交通未來的一種手段。
儘管在全球新冠肺炎疫情持續延燒，但2021年上半年全球電動車銷量仍較去年同期相比增長160%，達到260萬輛。技術創新，包括功率元件、轉換器、電池和充電器的電子微觀世界中更好的設計和測試方法，僅為有助於推動電動車生態系統整體成長發展的一部分。讓我們來探索一些最近的汽車創新和測試方法，這些創新和測試方法使滾動底盤成為可能。
SiC和GaN功率元件的雙脈衝測試
在電動車的電源生態系統中，功率半導體有助於在不同的系統之間轉換功率，例如動力轉向和制動、資訊娛樂系統、照明、空調，當然還有電動動力總成。越來越多的設計者轉向寬能隙(WBG)碳化矽(SiC)和氮化鎵(GaN)功率元件，以利用更快的開關頻率以及更高的電壓和熱工作範圍。
雖然寬能隙元件提高了功能效率並有助於減小設計尺寸和成本，但由於極快的振盪，它們也會遭受更高的開關損耗，從而導致功率轉換器的效率降低。
功率轉換器設計人員正在轉向一種相對較新的方法，即雙脈衝測試(DPT)技術，以進行可重複且可靠的測量來確定這些開關損耗。
雙脈衝測試可以説明設計人員確保他們的最終產品符合行業標準，例如JEDEC制定的標準，JEDEC是為微電子行業開發開放標準和出版物的全球領導者。
測試和節約再生能源
功率轉換發生在整個電動車中。功率水準範圍從50kW到180kW以上。電動車中的大多數元元件都支持雙向功率流。除了為車窗和車燈供電的普通12V電池外，如今的電動車還配備280V至800V的電池。
高功率測試並不是對傳統內燃機汽車進行的低功率測試的簡單擴展。在數百伏電壓下工作，汽車製造商必須優先考慮人員和被測設備的安全。高功率測試還會產生大量熱量，從而增加空調運行成本。
有一種越來越流行的降低成本的解決方案，是使用可提供雙向、再生的直流或交流電源的市售再生電源系統。這些電源的再生能力使消耗的能量能夠乾淨利索地返回電網，而不是作為熱量消散，從而節約能源消耗和冷卻成本。
瞭解電池自放電以製造更耐用的電池
自2010年初以來，電動車電池有了很大改進，當時它們每次充滿電只能提供50-60英里續航。如今，普通電動車電池每次充滿電可行駛250英里，足以緩解大多數駕駛員的續航里程焦慮。
創造更好的電池從瞭解電池化學開始。電池設計者的一個抱怨是鋰離子電池異常快速的自放電現象。電池自放電是指即使電池沒有連接到任何設備，它存儲的電荷也會減少。自放電會縮短鋰離子電池的保存期限，並導致它們在使用時電量不滿。
為了檢測鋰離子電池的異常自放電，傳統上開發人員和製造商依靠測量電池開路電壓在數周甚至數月內的下降，來獲得良好的驗證結果。在開發過程中必須等待這麼長時間，導致新設計遲遲無法進入市場，從而錯失良機。如果必須重複自放電測試，情況會更加複雜。在製造業中，長時間儲存大量電池以篩選它們的自放電，會帶來重大的費用、物流和安全問題。
電動車和電動車電源設備：確保協同工作的能力
電動車通過日益複雜的電動車電源設備網路連接到電網。根據路透社的報導，全球有300多家電動車充電公司。結合全球超過500種電動車車型、不同的充電模式和充電標準，我們可以理解為什麼在不同的充電站為電動車充電並不像加油那麼簡單。
為了應對這一協同工作挑戰並加快上市時間，許多電動車和電動車電源設備製造商正在投資可以節省時間和金錢的模擬解決方案。
這些設計驗證使用可以模擬電動車或充電站的機器，解決了在不同電動車或電動車電源設備模型下獨特地測試新產品的挑戰。
打造可持續能源生態系統
汽車行業將面臨不斷變化的消費者需求，例如產品是否符合環境、社會和公司治理(ESG)目標。新的測試技術需要協同發展，以説明開發更好的電子微觀世界，如功率元件、轉換器、電池、電池組和動力系統。在宏觀層面，我們將看到更智慧的電網，利用可再生能源為不斷增長的電動車隊伍提供動力，並實現我們作為文明的ESG目標。
本文刊登於EDN China網站
(參考原文：The Energy Ecosystem: Technologies Driving the Future of E-Mobility，by Hwee Yng Yeo)
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