雖然“續(xù)航焦慮”一直存在，但混合動(dòng)力、純電動(dòng)等各種形式的電動(dòng)汽車(chē) (EV) 正被越來(lái)越多的人所接受。汽車(chē)制造商繼續(xù)努力提高電動(dòng)汽車(chē)的行駛里程并縮短充電時(shí)間，以克服這個(gè)影響采用率的重要障礙。電動(dòng)汽車(chē)的易用性和便利性受到充電方式的顯著影響。由于高功率充電站數(shù)量有限，相當(dāng)一部分車(chē)主仍然需要依賴(lài)車(chē)載充電器 (OBC) 來(lái)為電動(dòng)汽車(chē)充電。為了提高車(chē)載充電器的性能，汽車(chē)制造商正在探索采用碳化硅 (SiC) 等新技術(shù)。


車(chē)載充電器應(yīng)用中的 SiC

對(duì)于 400 V 電池組，通常首選 SiC 650 V 器件。然而，對(duì)于 800 V 結(jié)構(gòu)，由于具有更高的電壓要求，因此需要使用額定電壓為 1200 V 的器件。

車(chē)載充電器領(lǐng)域采用 SiC 的原因是其各項(xiàng)品質(zhì)因數(shù) (FOM) 表現(xiàn)出色。SiC 在單位面積的具體 RDS(on)、開(kāi)關(guān)損耗、反向恢復(fù)二極管和擊穿電壓方面具備優(yōu)勢(shì)。這些優(yōu)勢(shì)使得基于 SiC 的方案能夠在更高的溫度下可靠地運(yùn)行。利用這些出色的性能特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)更高效、更輕量的設(shè)計(jì)。因此，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更高的功率水平（最高可達(dá) 22 kW），而這是使用基于硅的傳統(tǒng)方案（如 IGBT 或超結(jié)）難以實(shí)現(xiàn)的。

雖然電動(dòng)汽車(chē)采用更高功率的車(chē)載充電器可能不會(huì)直接影響汽車(chē)的續(xù)航里程，但它能夠顯著縮短充電時(shí)間，有助于解決續(xù)航焦慮問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)更快的充電速度，車(chē)載充電器的功率正在不斷提高。SiC 技術(shù)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，使這些系統(tǒng)變得更加高效，確保高效地轉(zhuǎn)換電網(wǎng)電力，避免能源浪費(fèi)。該技術(shù)使人們能夠設(shè)計(jì)更緊湊、輕量和可靠的車(chē)載充電器系統(tǒng)。


碳化硅將提升電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航能力和縮短電動(dòng)汽車(chē)充電時(shí)間

相較于燃油車(chē)，電動(dòng)汽車(chē)消費(fèi)者對(duì)當(dāng)前有限的續(xù)航里程和相對(duì)漫長(zhǎng)的充電時(shí)間常常感到焦慮。雖然車(chē)企在動(dòng)力電池、BMS、電機(jī)、電控和 OBC 等產(chǎn)品技術(shù)上做了很多優(yōu)化和提升，但相比燃油車(chē)，續(xù)航里程受限和充電時(shí)間長(zhǎng)是電動(dòng)汽車(chē)推廣的兩大痛點(diǎn)。

? 續(xù)航里程。相比硅基IGBT，碳化硅MOSFET有著眾多優(yōu)點(diǎn)：1）碳化硅在關(guān)斷時(shí)無(wú)拖尾電流，可以降低損耗；2）碳化硅的高開(kāi)關(guān)頻率特性，不僅可降低損耗，由于對(duì)散熱效率要求相對(duì)低，還可減輕和驅(qū)動(dòng)零部件和散熱零部件重量和體積，周邊器件的成本隨之降低；3）在車(chē)輛勻速和輕載情況下，因?yàn)榈蛽p耗，可提升5%-10%的續(xù)航里程。另外，采用800V高壓平臺(tái)的電動(dòng)汽車(chē)，同等功率下，系統(tǒng)電流可以比400V電壓平臺(tái)更小，故高壓線(xiàn)束直徑可以做的更細(xì)，線(xiàn)束重量和體積可以更小，電動(dòng)汽車(chē)變的更輕，續(xù)航能力也會(huì)得到相應(yīng)提升。

? 充電時(shí)間。汽車(chē)充電樁一般分為交流慢充和直流快充。

交流慢充指的是電動(dòng)汽車(chē)通過(guò)公共或個(gè)人充電樁，需要借用車(chē)載充電器（OBC）交直流轉(zhuǎn)換給汽車(chē)充電。交流慢充的優(yōu)點(diǎn)是成本低，電池?fù)p耗慢；缺點(diǎn)是充電時(shí)間長(zhǎng)，充電時(shí)間長(zhǎng)短取決于OBC的額定功率（常規(guī)在3kW-9kW）。目前OBC主要采用硅基IGBT或SJ MOSFET方案，電池充滿(mǎn)電時(shí)間一般需要4-8小時(shí)。相比之下，碳化硅MOSFET可以耐受更高電壓，使得OBC擁有更高的額定功率。例如采用意法半導(dǎo)體的碳化硅技術(shù)，可以將OBC的額定功率提升至22kW 甚至更高，充電時(shí)間可以大大縮短。

直流快充是指充電樁自身內(nèi)部實(shí)現(xiàn)交直流轉(zhuǎn)換模塊，無(wú)需借用OBC，將電網(wǎng)或儲(chǔ)能設(shè)備中的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，直接給汽車(chē)充電。直流快充功率取決于充電樁自身輸出功率和BMS（電池管理系統(tǒng)），如電池電壓升級(jí)至 800V，直流快充功率通常將超過(guò)120 kW，碳化硅器件的高功率特性即可有其用武之地，進(jìn)而提高充電效率和縮短充電時(shí)間。

另外，800V動(dòng)力電池平臺(tái)相比400V動(dòng)力電池平臺(tái)，在相同的系統(tǒng)電流和高壓線(xiàn)束直徑下，電池的充電時(shí)間或?qū)⒖s短一半。

SiC高壓充電設(shè)計(jì)要求

基于SiC的高壓超大功率雙向車(chē)載充電機(jī)平臺(tái)化設(shè)計(jì)的原則是高效、可靠、安全、可擴(kuò)展。高效性要求充電機(jī)具備高轉(zhuǎn)換效率和低功耗，以提高充電速度和充電效率；可靠性要求充電機(jī)具備穩(wěn)定可靠的工作性能，以確保充電過(guò)程的安全和可靠；安全性要求充電機(jī)具備多重保護(hù)機(jī)制，以防止電池過(guò)充、過(guò)放、短路等故障；可擴(kuò)展性要求充電機(jī)具備一定的靈活性和可升級(jí)性，以適應(yīng)不同類(lèi)型的電動(dòng)汽車(chē)和充電需求。

（1）SiC功率器件的應(yīng)用：SiC功率器件具有高溫、高頻、高壓等特點(diǎn)，能夠提供更高的功率密度和更好的熱性能，使得充電機(jī)具備更高的轉(zhuǎn)換效率和更小的體積。因此，在設(shè)計(jì)中應(yīng)充分利用SiC功率器件的優(yōu)勢(shì)，提高整體性能。

（2）雙向充電技術(shù)：雙向充電技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)與電網(wǎng)之間的雙向能量傳輸，不僅可以將電動(dòng)汽車(chē)作為移動(dòng)儲(chǔ)能設(shè)備，還可以將多余的電能反饋到電網(wǎng)中。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮雙向充電技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，以提高能量利用率。

（3）智能控制系統(tǒng)：智能控制系統(tǒng)是高壓超大功率雙向車(chē)載充電機(jī)平臺(tái)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。通過(guò)采用先進(jìn)的控制算法和通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)充電機(jī)的智能化控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控。智能控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電池狀態(tài)、充電效率等參數(shù)，并根據(jù)需求進(jìn)行調(diào)整，提高充電效率和充電質(zhì)量。


未來(lái)應(yīng)用前景

基于SiC的高壓超大功率雙向車(chē)載充電機(jī)平臺(tái)化設(shè)計(jì)具有廣闊的應(yīng)用前景。首先，它可以滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)充電的高效、快速、安全需求，提高電動(dòng)汽車(chē)的使用便利性和用戶(hù)體驗(yàn)。其次，它可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)與電網(wǎng)之間的雙向能量傳輸，促進(jìn)電能的有效利用和能源的可持續(xù)發(fā)展。最后，它可以促進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展和完善，推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

基于SiC的高壓超大功率雙向車(chē)載充電機(jī)平臺(tái)化設(shè)計(jì)是電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的重要方向。通過(guò)遵循高效、可靠、安全、可擴(kuò)展的設(shè)計(jì)原則，充分利用SiC功率器件的特點(diǎn)，采用雙向充電技術(shù)和智能控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)高效、快速、安全的電動(dòng)汽車(chē)充電。這將為電動(dòng)汽車(chē)的普及和發(fā)展提供強(qiáng)有力的支持，推動(dòng)清潔能源交通的進(jìn)一步推廣。