如何對電動汽車實(shí)現(xiàn)高效的電源管理?
發(fā)布時間:2021-05-07 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】因?yàn)橘|(zhì)量、功能簡單,以及最重要的節(jié)能等環(huán)保特點(diǎn),電動車(EV)正變得越來越受歡迎。與燃油車相比,電動馬達(dá)結(jié)構(gòu)較為簡單,同時電動車在能源效益方面有突出優(yōu)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(shù)還能實(shí)現(xiàn)能源再生。
因?yàn)橘|(zhì)量、功能簡單,以及最重要的節(jié)能等環(huán)保特點(diǎn),電動車(EV)正變得越來越受歡迎。與燃油車相比,電動馬達(dá)結(jié)構(gòu)較為簡單,同時電動車在能源效益方面有突出優(yōu)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(shù)還能實(shí)現(xiàn)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,有助于為電池充電,從而延長電動車本身的運(yùn)行時間。因此,能量收集技術(shù)在電動車的研究和開發(fā)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(tǒng)和能源管理系統(tǒng)的效率。此外,必要的基礎(chǔ)設(shè)施,如現(xiàn)已達(dá)到幾百kW功率的強(qiáng)大快速充電系統(tǒng),也必須嚴(yán)格遵守預(yù)先設(shè)定的尺寸和效率限制。碳化硅(silicon carbide;SiC)以其獨(dú)特的物理特性有效應(yīng)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(tǒng)是DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器和DC/AC逆變器。針對電動交通運(yùn)輸(e-Mobility)而開發(fā)的電子系統(tǒng)包含從溫度、電流和電壓傳感器到基于SiC和氮化鎵(GaN)的半導(dǎo)體組件。
強(qiáng)大的SiC組件
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(nèi)完成充電。由于車內(nèi)空間有限,電池充電系統(tǒng)必須具備高功率密度;只有這樣,才能將該系統(tǒng)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(tǒng)。得益于車載充電器(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(zhuǎn)換器到22kW的單相轉(zhuǎn)換器,當(dāng)今的車載充電器必須具有極高的效率和可靠性,以確??焖俪潆?,滿足有限的空間和重量要求。
所有快速充電系統(tǒng)都需要設(shè)計(jì)緊湊高效的充電站,且目前的SiC電源模塊可以創(chuàng)建具有所需功率密度和效率的系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)功率密度和系統(tǒng)效率的偉大目標(biāo),有必要使用SiC晶體管和二極管。
高硬度SiC基板優(yōu)越的電場強(qiáng)度,可以使用較薄的基底結(jié)構(gòu)。這使得其厚度只有硅外延層的十分之一。今后電池的容量會日益增加,而這一特性與縮短充電時間有關(guān),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(xiàn)在能提供符合AEC-Q101標(biāo)準(zhǔn)的SiC MOSFET領(lǐng)域中最廣泛的產(chǎn)品線,從而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)。意法半導(dǎo)體(STMicroelectronics)也擁有符合AEC-Q101標(biāo)準(zhǔn)的多種MOSFET、硅和SiC二極管組件,以及32位SPC5汽車微控制器,以便為這些高要求的轉(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。(數(shù)據(jù)源:Rohm)
圖2 電動車電力系統(tǒng)框架圖。(數(shù)據(jù)源:意法半導(dǎo)體)
車輛到電網(wǎng)(V2G)
未來10年,預(yù)計(jì)將有數(shù)百萬輛電池驅(qū)動的電動車上路,這對電網(wǎng)構(gòu)成了重大挑戰(zhàn)。隨著不可程序設(shè)計(jì)的可再生能源生產(chǎn)的普及,平衡電力網(wǎng)絡(luò)的要求也在不斷增加。
當(dāng)汽車電池透過家用墻上插座、企業(yè)或公共充電站接入網(wǎng)絡(luò)時,其電池的智能化管理變得非常有吸引力。汽車電池可以用來為電網(wǎng)供電,也可以用來取電,這取決于吸收電能的迫切需要。
該系統(tǒng)可以將車內(nèi)積聚的能量歸還至充電站,或透過網(wǎng)絡(luò)(對電池)遙控提取能量。實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是一個雙向電源逆變器,該逆變器直接耦合在汽車側(cè)的高壓電池(300~500V)和低壓網(wǎng)絡(luò)側(cè)(圖3)。
圖3 V2G技術(shù)。
V2G技術(shù)有可能實(shí)現(xiàn)更加平衡和高效的電網(wǎng)。電力供需平衡將是電力需求增長的關(guān)鍵。
無線充電
電動車的無線充電是一個令人興奮的領(lǐng)域,這得益于位于車庫或公共停車場的充電站,且充電點(diǎn)不一定要與車下的接收器精確對準(zhǔn)。今后廠商將嘗試開發(fā)一種微負(fù)載(micro-loading)版本,可以將長負(fù)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,但這取決于國家和地方行政管理層會為該類開發(fā)造成的阻礙程度。
為使V2G技術(shù)能夠不間斷地運(yùn)作,提供網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性優(yōu)勢,并讓車輛充當(dāng)發(fā)電機(jī)和數(shù)據(jù)源,無線充電技術(shù)不僅必須融入車輛本身,還必須融入到為車輛充電的家庭和城市基礎(chǔ)設(shè)施中。唯有如此,車輛才能及時滿足大眾需求。
基于電磁共振技術(shù)的無線充電能夠讓各類型號的電動車透過在電源墊上放置軟性線圈,使用混凝土和瀝青等材料,實(shí)現(xiàn)自動安全充電。借助無線電源,車輛可以自動充電并實(shí)現(xiàn)V2G技術(shù),在不需要人工干預(yù)的情況下不斷進(jìn)行激勵和衰減循環(huán)(圖4)。
圖4 電動車無線充電框架圖。
結(jié)論
在數(shù)字網(wǎng)絡(luò)能力支持下,寬能隙半導(dǎo)體技術(shù)和快速充電站將有助于加快電動車的普及。隨著全球?qū)﹄妱榆囆枨蟛粩嘣鲩L,充電基礎(chǔ)設(shè)施的支持需求也將增加。電動車的創(chuàng)新充電技術(shù)可以成為變革的催化劑,有助于促進(jìn)e-Mobility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)。
電動車的動力系統(tǒng)采用SiC功率組件能提升系統(tǒng)的能效、電動車強(qiáng)度和功率密度,以及高電壓、高功率的大功率應(yīng)用,從而極大地提升系統(tǒng)性能和長期可靠性。SiC MOSFET和SiC蕭特基二極管(SBD)確保在高頻具有最高的轉(zhuǎn)換效率。
免責(zé)聲明:本文為轉(zhuǎn)載文章,轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息,版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題,請電話或者郵箱聯(lián)系小編進(jìn)行侵刪。
特別推薦
- 克服碳化硅制造挑戰(zhàn),助力未來電力電子應(yīng)用
- 了解交流電壓的產(chǎn)生
- 單結(jié)晶體管符號和結(jié)構(gòu)
- 英飛凌推出用于汽車應(yīng)用識別和認(rèn)證的新型指紋傳感器IC
- Vishay推出負(fù)載電壓達(dá)100 V的業(yè)內(nèi)先進(jìn)的1 Form A固態(tài)繼電器
- 康佳特推出搭載AMD 銳龍嵌入式 8000系列的COM Express緊湊型模塊
- 村田推出3225尺寸車載PoC電感器LQW32FT_8H系列
技術(shù)文章更多>>
- “扒開”超級電容的“外衣”,看看超級電容“超級”在哪兒
- DigiKey 誠邀各位參會者蒞臨SPS 2024?展會參觀交流,體驗(yàn)最新自動化產(chǎn)品
- 提前圍觀第104屆中國電子展高端元器件展區(qū)
- 高性能碳化硅隔離柵極驅(qū)動器如何選型,一文告訴您
- 貿(mào)澤電子新品推薦:2024年第三季度推出將近7000個新物料
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
音頻IC
音頻SoC
音頻變壓器
引線電感
語音控制
元件符號
元器件選型
云電視
云計(jì)算
云母電容
真空三極管
振蕩器
振蕩線圈
振動器
振動設(shè)備
震動馬達(dá)
整流變壓器
整流二極管
整流濾波
直流電機(jī)
智能抄表
智能電表
智能電網(wǎng)
智能家居
智能交通
智能手機(jī)
中電華星
中電器材
中功率管
中間繼電器