因?yàn)橘|(zhì)量,、功能簡(jiǎn)單，以及最重要的節(jié)能等環(huán)保特點(diǎn),，電動(dòng)車(chē)（EV）正變得越來(lái)越受歡迎,。與燃油車(chē)相比，電動(dòng)馬達(dá)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單,，同時(shí)電動(dòng)車(chē)在能源效益方面有突出優(yōu)勢(shì)：燃油車(chē)的能源效益為16%,，而電動(dòng)車(chē)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(zhǎng)電動(dòng)車(chē)本身的運(yùn)行時(shí)間,。因此，能量收集技術(shù)在電動(dòng)車(chē)的研究和開(kāi)發(fā)中具有廣闊的前景。
電動(dòng)車(chē)的自主性直接反映了其動(dòng)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(duì)這些新興市場(chǎng)的需求。
在混合動(dòng)力車(chē)（HEV）和電動(dòng)車(chē)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(duì)電動(dòng)交通運(yùn)輸（e-Mobility）而開(kāi)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(shí)間極大地阻礙了電動(dòng)車(chē)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(shí)間內(nèi)完成充電。由于車(chē)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(chē)輛中,。
任何電動(dòng)車(chē)或插電式混合動(dòng)力車(chē)的中心,，我們都能看到一個(gè)高壓電池（200~450V直流電）及其充電系統(tǒng)。得益于車(chē)載充電器（OBC）,，電池可以透過(guò)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(chē)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(mǎn)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(chǎng)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(huì)日益增加,，而這一特性與縮短充電時(shí)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(chē)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(chē)載充電器和汽車(chē)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(chē)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(dòng)車(chē)電力系統(tǒng)框架圖。（數(shù)據(jù)源：意法半導(dǎo)體）
車(chē)輛到電網(wǎng)（V2G）
未來(lái)10年,，預(yù)計(jì)將有數(shù)百萬(wàn)輛電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車(chē)上路,，這對(duì)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(chē)電池透過(guò)家用墻上插座、企業(yè)或公共充電站接入網(wǎng)絡(luò)時(shí),，其電池的智能化管理變得非常有吸引力,。汽車(chē)電池可以用來(lái)為電網(wǎng)供電，也可以用來(lái)取電,，這取決于吸收電能的迫切需要,。
該系統(tǒng)可以將車(chē)內(nèi)積聚的能量歸還至充電站，或透過(guò)網(wǎng)絡(luò)（對(duì)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(gè)雙向電源逆變器,，該逆變器直接耦合在汽車(chē)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(zhǎng)的關(guān)鍵。
無(wú)線充電
電動(dòng)車(chē)的無(wú)線充電是一個(gè)令人興奮的領(lǐng)域,，這得益于位于車(chē)庫(kù)或公共停車(chē)場(chǎng)的充電站,，且充電點(diǎn)不一定要與車(chē)下的接收器精確對(duì)準(zhǔn)。今后廠商將嘗試開(kāi)發(fā)一種微負(fù)載（micro-loading）版本,，可以將長(zhǎng)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(dòng)車(chē)/混合動(dòng)力車(chē)充電，但這取決于國(guó)家和地方行政管理層會(huì)為該類(lèi)開(kāi)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?xún)?yōu)勢(shì)，并讓車(chē)輛充當(dāng)發(fā)電機(jī)和數(shù)據(jù)源,，無(wú)線充電技術(shù)不僅必須融入車(chē)輛本身,，還必須融入到為車(chē)輛充電的家庭和城市基礎(chǔ)設(shè)施中。唯有如此，車(chē)輛才能及時(shí)滿(mǎn)足大眾需求,。
基于電磁共振技術(shù)的無(wú)線充電能夠讓各類(lèi)型號(hào)的電動(dòng)車(chē)透過(guò)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(dòng)安全充電,。借助無(wú)線電源,，車(chē)輛可以自動(dòng)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(lì)和衰減循環(huán)（圖4）,。
圖4 電動(dòng)車(chē)無(wú)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(dòng)車(chē)的普及,。隨著全球?qū)﹄妱?dòng)車(chē)需求不斷增長(zhǎng),，充電基礎(chǔ)設(shè)施的支持需求也將增加。電動(dòng)車(chē)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(dòng)車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)采用SiC功率組件能提升系統(tǒng)的能效,、電動(dòng)車(chē)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(zhǎng)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。