電動汽車因其在質量、功能簡單性以及最重要的能源效率方面的環保特性而變得越來越流行。功能推力由電動機驅動，與內燃機相比，電動機的結構簡單。在能源效率方面，內燃機汽車和電動汽車的比較具有象征意義：內燃機汽車的能源效率為 16%，而電動汽車的能源效率為 85%。推進的電氣特性比基于燃燒的特性——能量再生——具有優勢。

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，從而延長車輛本身的運行時間。因此，能量收集技術處于電動汽車研發方案的前沿。

電動汽車的自主性直接反映了其動力總成和能源管理系統的效率。此外，必要的基礎設施，例如現在達到數百千瓦功率的強大快速充電系統，同樣需要嚴格遵守預先確定的尺寸和效率限制。通過其特定的物理特性，碳化硅 (SiC) 代表了對這些新市場需求的有效響應。

在混合動力和電動汽車中，領先的電力系統是 DC/DC 升壓轉換器和 DC/AC 逆變器。為電動汽車開發的電子系統范圍從溫度、電流和電壓傳感器到基于 SiC 和氮化鎵 (GaN) 的半導體。

碳化硅強大

如今，自主性和較長的充電時間是電動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間內進行充電。由于車內可用空間有限，電池充電系統必須提供高功率密度；只有這樣，才有可能將這些系統集成到車輛中。

在任何電動汽車 (EV) 或插電式混合動力汽車 (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。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換器，當今的 OBC 必須具有盡可能高的效率和可靠性，以確?？焖俪潆姇r間并滿足有限的空間和重量要求。

所有快速充電系統都需要建立具有緊湊高效設計的充電站，而當前的 SiC 功率模塊允許創建具有所需功率密度和效率的系統。為了實現有關功率密度和系統效率的宏偉目標，有必要使用 SiC 晶體管和二極管。

高硬度 SiC 襯底的卓越電場強度允許使用更薄的基礎結構。這使得與硅外延層相比可以達到十分之一的厚度。電池的趨勢是增加其容量，而此功能與更短的充電時間相關。反過來，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 現在提供了符合 AEC-Q101 標準的 SiC MOSFET 領域中最廣泛的產品線，這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）。STMicroelectronics 還擁有各種符合 AEC-Q101 標準的 MOSFET、硅和碳化硅 (SiC) 二極管，以及 32 位 SPC5 汽車微控制器，可為實現這些要求苛刻的轉換器提供可擴展、經濟高效且節能的解決方案（圖 2）。

圖 1：SCT3xHR 的熱特性。（來源：羅姆）

圖 2：電動汽車電氣系統的框圖。（來源：意法半導體）

車輛到電網

預計未來十年將有數百萬輛電池驅動的電動汽車上路，這對電網提出了重大挑戰。隨著非可編程可再生能源生產的普及，平衡網絡的需求不斷增加。

當汽車電池通過家用充電墻盒或企業或公共充電站接入網絡時，對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絡供電或取電，具體取決于吸收功率的即時需求。

該系統提供車輛中積累的能量的返回，或使用遙控器通過網絡（朝向電池）提取??。實現該系統的關鍵技術是雙向功率逆變器，它在汽車側直接耦合到高壓電池（300 至 500 伏）和低壓網絡側（圖 3）。

圖 3：車輛到電網 (V2G) 技術。

車輛到電網 (V2G) 技術有可能使電網更加平衡和高效。隨著電力需求的增加，平衡供需將是關鍵。

無線充電

一個令人難以置信的令人興奮的領域是電動汽車的無線充電，這要歸功于位于車庫或公共停車場的充電點。充電點不一定要與汽車下方的接收器精確對齊。從長遠來看，將嘗試開發一個微型裝載版本，它可以將長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，但這將取決于在國家和地方行政層面遇到的困難的數量。

為了使 V2G 技術能夠不間斷地運行，提供網絡穩定的優勢，并允許車輛充當發電機和數據源，無線充電技術不僅必須融入車輛本身，還必須融入家庭和城市基礎設施中。車輛充電。如果需要，這將允許車輛高度可用。

基于磁共振技術的無線充電允許電動汽車，無論類型或大小，通過將柔性線圈放置在源墊上，使用混凝土和瀝青等材料，自動安全地充電。無線電力將允許車輛自動充電和實施 V2G 技術，不斷地允許激勵和衰減，而無需人工干預（圖 4）。

圖 4：電動汽車無線充電框圖。

結論

在數字網絡能力的支持下，寬帶半導體技術和快速充電站將有助于加速電動汽車的普及。隨著全球對電動汽車的需求增加，支持充電基礎設施的需求也將增加。電動汽車的創新充電技術可以成為變革的催化劑，有助于推動電動汽車的普及，并為實現減少碳排放的目標做出很多貢獻。

電動汽車的電力電子設備配備了 SiC 功率器件，可滿足以下改進需求： 系統的能源效率；電動汽車的強度和功率密度；以及需要高電壓和高功率的大功率應用，從而對系統性能和長期可靠性做出重要貢獻。SiC MOSFET 和 SiC 肖特基勢壘二極管 (SBD) 確保了高頻下的最大開關效率。