電動出行的未來在于智能化和寬禁帶功率器件

　　EVSE是電動出行更為復雜的基礎架構的一部分，將來會插入智能配電網絡（即智能電網）中，以實現“插入”設備（實際上包括EV和PHEV）的充電。目前，電動出行和WBG器件已經找到了一種相互契合的方式。一方面，EV和EVSE需要具有高功率密度、高性能和小尺寸的新型功率器件。另一方面，WBG也正在尋求合適的契機大規模滲透市場。一個復雜的系統設計必須始終考慮多種因素的約束，如技術、工藝、環境以及法規。除此之外，如今還有一個不容忽視的因素，即對環境的重視。因此，新興技術都在尋求滿足這一要求的解決方案，致力于提升能源效率、減少能源浪費和提高系統良率。

　　電動出行

　　交通出行越來越多地涉及精心計劃，旨在減少二氧化碳排放并減少對環境的影響。其實施涉及電動馬達領域，并因此涉及到電力電子。通過混合動力汽車（HEV）、插電式混合動力汽車（PHEV）和全電動車（EV）等方式，電動出行（E-Mobility）實施可持續發展的交通解決方案已有多年了。這些車輛現已成為工程學的杰作，車輛中的電子（數字和電源）、機械和IT部分共同協作，最大程度地減少了未燃燒氣體的排放，使HEV和PHEV車輛的兩個發動機保持同步，并通過正確管理EV中蓄電池的充放電優化了能耗。

　　現在的制造商幾乎都能適應電動世界的生產，甚至奧迪、梅賽德斯-奔馳或寶馬這些歷史悠久的汽車廠商（主要依賴于汽油和柴油發動機）也已將其首批高性能電動汽車投放市場。市場本身也開始顯露出轉變的最初跡象：這一趨勢正在持續增長，用于公共交通和商品運輸的電動汽車數量已達到約600萬輛，到2030年，預計將達到1.6億輛。迄今為止，中國仍是這個市場的主要驅動力，約占整個電動汽車市場總量的三分之一。在立法層面，歐洲和美國已經公開表示出減少溫室氣體排放的意愿，這將有益于新型電動、混合動力汽車以及可再生能源交通的發展。

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　　電動出行中的電力電子

　　電力牽引涉及多種電子設備。在高科技交通方式中，創新的安全裝置至關重要：多種智能傳感器能夠檢測和處理障礙物相關數據、保持預設速度并與前方車輛保持恒定距離（ACC –自適應巡航控制）、在超車時檢測死角、保持在車道內（LKAS –車道保持輔助系統），或在必要時自動制動剎車（BAS –制動輔助系統）。

　　而驅動方面，車載功率設備中的電源逆變器和BMS（電池管理系統）發揮著較為重要的作用，設計師和工程師正在不斷研究以改進。BMS必須能夠管理大功率，精確控制電池組的溫度和電流，同時要控制好再生性制動器的充電。要完善整個設計框架還需要一種非板載設備，即EVSE（電動車充電設備）或充電模塊，它可以將電網中的電力傳輸給車輛。

　　EVSE和智能充電

　　EVSE是更為復雜的基礎架構的一部分，將來會插入智能配電網絡（即智能電網）中，以實現“插入”設備（實際上包括EV和PHEV）的充電。EVSE主要包括：帶通信接口的微處理器；以及功率單元（產生車輛充電所需的能量）。為實現更大的行駛自主性，電動車需要容量更大的蓄電池，而EVSE必須保證可接受的充電時間。

　　這就導致了更高的電源供應需求，進而要求設計和制造可管理極高電流的充電設備，這會涉及很多問題，如足夠的散熱、專門用于連接器的絕緣材料、導電率極高的電纜等。我們這里談論的電流范圍從家用EVSE的16安培，到125安培的系統，甚至還有能夠提供高達350安直流電的先進充電站。

　　從車輛到電網

　　直到十年以前，大多數充電站還不是智能充電型的，因為那時的充電控制協議基于模擬電路，相對于多樣性的應用類型還不能靈活應對。隨著時間的推移，EVSE的需求變得越來越復雜，以至于人們決定將實際的充電模塊與數字控制模塊（供電設備通信控制器或SECC）結合起來，從而實現多種功能并滿足電動汽車制造商的需求，以創建一個真正的派生服務生態系統。

　　執行該項任務的標準和協議集被稱為V2G（車輛到電網），并在ISO15118（及其衍生版本）中進行了說明，它定義了控制消息以及所傳輸電能的雙向通信。實際上，從這個意義上講，電力可以從網絡傳輸到車輛，反之亦然，也可以從EV傳輸到網絡。

　　這樣可以優化電池組中積存的電荷，還可以重新利用蓄電池中的能量并將其反饋回網絡中。車輛的90%時間都處于停放狀態，這意味著這時汽車積存的電能未被使用。V2G提出的構想是利用這些累積的電能來應對能源需求的高峰。此外，V2G還可以與風能或光伏系統等可再生和非連續能量轉換點良好集成，如果某個特定時刻系統能量不足時，網絡可以自主決定使用電動車電池來緩沖任何能量需求，而在能量過剩的情況下，額外的能量可以用來為車輛充電。

　　V2G協議的消息傳遞還提供許多其它服務，包括自動車輛識別、連接到電網的用戶授權，以及根據使用時段和所需充電功率的不同而區別收費的費率規則。EV和EVSE之間的物理通信通道可以為有線（電力線通信）或無線（WLAN）。

　　適于智能充電的寬禁帶器件

　　毫無疑問，工程師們所面臨的挑戰之一是EVSE所使用的功率器件。它對電流的需求過高，傳統功率器件雖然能夠支持，但可能會出現一些額外的問題，導致設備成本增加，從而降低產品的可擴展性和普及。例如，大功率導致的散熱問題需要專門設計合適尺寸的散熱器，這使得系統成本更高、設備笨重且體積龐大。從這一方面來看，技術已經先行一步，WBG（寬禁帶）器件就是可行的解決方案之一。

　　例如，英飛凌公司的新型CoolSiC系列產品，通過使用肖特基二極管、SiC MOSFET和SiC模塊等一系列器件，可以支持高達1200 V和200 A的高功率，這一切都是專為汽車應用而設計的。羅姆半導體也擁有自己的超高功率WBG器件產品線，例如其MOSFET模塊具有100kHz以上的開關頻率。

　　不遠的將來

　　電動出行和WBG器件已經找到了一種相互契合的方式。一方面，EV和EVSE需要具有高功率密度、高性能和小尺寸的新型功率器件。另一方面，WBG也正在尋求合適的契機大規模滲透市場。

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