Из-за множества проблем, с которыми сегодня сталкиваются электромобили на новой энергии, внедрение новых концепций и новых технологий в конструкцию и проектирование систем электромобилей на новой энергии возникло по мере необходимости. В частности, с постоянным развитием технологий проектирования устройств и производственного процесса, полупроводниковые устройства с широкой запрещенной зоной постепенно вытеснят традиционные полупроводниковые устройства, которые будут широко использоваться в энергетических электронных системах транспортных средств новой энергии и станут новой тенденцией. На данный момент будут обсуждены и объяснены только следующие две горячие темы.
* Рынок силовой электроники для электромобилей, гибридных электромобилей и бензиновых автомобилей сегодня продолжает расти. Например, требования к напряжению типичной системы питания гибридного электромобиля (HEV) варьируются от 12 В до 800 В, а сила тока может достигать сотен ампер. В результате большой интерес вызывают кремниевые (Si) и широкозонные полупроводниковые устройства, такие как устройства из нитрида галлия (GaN) и карбида кремния (SiC).
Полупроводник с широкой запрещенной зоной в основном относится к полупроводниковому материалу, ширина запрещенной зоны которого (разность энергий между самой низкой точкой зоны проводимости и самой высокой точкой валентной зоны) превышает 2,2 эВ. Широкозонные полупроводниковые материалы, представленные GaN и SiC, обладают характеристиками высокой напряженности электрического поля пробоя, высокой частотой отсечки, высокой теплопроводностью, высокой температурой перехода, хорошей термической стабильностью и высокой радиационной стойкостью. По сравнению с процессами кремния (Si) и арсенида галлия (GaAs), устройства из SiC или GaN с широкой запрещенной зоной обеспечивают более высокий КПД, частоту переключения, рабочую температуру и рабочее напряжение, тем самым решая проблемы преобразования энергии. Вот почему полупроводниковые устройства с широкой запрещенной зоной неизбежно постепенно вытеснят традиционные полупроводниковые устройства.
В настоящее время электромобили обычно представляют собой полностью гибридный электромобиль (FHEV), подключаемый гибридный электромобиль (PHEV) и мягкий гибридный электромобиль (MHEV).
При сравнении обычные автомобили имеют 600 полевых МОП-транзисторов, автомобили высокого класса - 100 полевых МОП-транзисторов, а легкие гибридные автомобили на 48 В имеют 400 полевых МОП-транзисторов. Кремниевый MOSFET-транзистор решает проблему высокого напряжения и стоимости. После решения проблемы дисбаланса перенапряжения низковольтные силовые полупроводниковые устройства в последовательной конфигурации создают эффективное решение для системы преобразования энергии, а также решают вопросы стоимости и эффективности. В частности, система аккумуляторных батарей на 48 В может выдерживать переходные процессы сброса нагрузки высокого входного напряжения при работе с низкими электромагнитными помехами (EMI), низким рабочим циклом и высокой эффективностью.
* С точки зрения энергосбережения и повышения энергоэффективности, управление тепловым режимом электромобилей на новой энергии - еще одна актуальная тема. Это связано с тем, что удельная энергия аккумулятора не такая высокая, как у бензина, и есть требования к температуре рабочей среды, и систему необходимо максимально оптимизировать. Компоненты нового энергетического транспортного средства, связанные с нагревом, можно разделить на три части: двигатель и силовая электроника, силовая батарея и кабина. Эти компоненты требуют как нагрева, так и охлаждения. Если вы подсчитаете, что на каждые 100 километров требуется 24 киловатт-часа электроэнергии, примерно 20% тепла используется для отвода тепла. По оценкам, при пробеге 16 000 километров в год, через 10 лет для потребления тепла будет использовано около 7680 киловатт-часов электроэнергии, что означает потери от 15 000 до 20 000 юаней. Следовательно, отправной точкой должно быть определение баланса затрат в управлении тепловой системой на уровне всей системы, продумать дизайн схемы системы и определение будущих стратегий.
Соответственно, в этой статье в качестве примера будет рассмотрен мягкий гибридный электромобиль (MHEV), характеристики его системы 48V MHEV, включая то, как использовать стандартную схему полевого МОП-транзистора с кремниевым понижающим преобразователем в 48V MHEV, включая автомобильную силовую электронику, требующую низкого EMI, параллельный MOSFET, вспомогательная система 48 В и батарея 48 В, промежуточный понижающий преобразователь 48 В и другие прикладные вопросы, а также выбор конструкции электропривода и силового привода нового электрического транспортного средства с тепловым управлением и силовым устройством - два основных вопроса для обсуждения и анализа.
