Ze względu na wiele wyzwań, przed jakimi stają dziś pojazdy napędzane energią elektryczną, w miarę potrzeb pojawiło się wprowadzanie nowych koncepcji i nowych technologii w zakresie budowy i projektowania nowych systemów pojazdów napędzanych energią elektryczną. Zwłaszcza wraz z ciągłym rozwojem technologii projektowania urządzeń i procesu produkcyjnego, urządzenia półprzewodnikowe o szerokim paśmie wzbronionym będą stopniowo zastępować tradycyjne urządzenia półprzewodnikowe, które będą szeroko stosowane w nowych układach energoelektronicznych pojazdów energetycznych i staną się nowym trendem. W tej chwili omówione i wyjaśnione zostaną tylko dwa następujące gorące tematy.
*Rynek energoelektroniki pojazdów elektrycznych (EV), hybrydowych pojazdów elektrycznych i pojazdów benzynowych nadal rośnie. Na przykład wymagania dotyczące napięcia typowego systemu zasilania hybrydowego pojazdu elektrycznego (HEV) wahają się od 12 V do 800 V, a prąd może osiągać setki amperów. W rezultacie dużym zainteresowaniem cieszą się urządzenia półprzewodnikowe krzemowe (Si) i szerokopasmowe, takie jak urządzenia z azotku galu (GaN) i węglika krzemu (SiC).
Półprzewodnik z szeroką przerwą energetyczną odnosi się głównie do materiału półprzewodnikowego, którego przerwa energetyczna (różnica energii między najniższym punktem pasma przewodnictwa a najwyższym punktem pasma walencyjnego) jest większa niż 2,2 eV. Materiały półprzewodnikowe o szerokiej szczelinie reprezentowane przez GaN i SiC charakteryzują się wysoką wytrzymałością pola elektrycznego przebicia, wysoką częstotliwością odcięcia, wysoką przewodnością cieplną, wysoką temperaturą złącza, dobrą stabilnością termiczną i dużą odpornością na promieniowanie. W porównaniu z procesami krzemu (Si) i arsenku galu (GaAs), urządzenia z szerokim pasmem wzbronionym SiC lub GaN zapewniają wyższą wydajność, częstotliwość przełączania, temperaturę roboczą i napięcie robocze, rozwiązując w ten sposób problemy związane z konwersją energii. Dlatego jest nieuniknione, że urządzenia półprzewodnikowe o szerokim paśmie wzbronionym będą stopniowo zastępować tradycyjne urządzenia półprzewodnikowe.
Obecnie pojazdy elektryczne są zazwyczaj w pełni hybrydowymi pojazdami elektrycznymi (FHEV), hybrydowymi pojazdami elektrycznymi typu plug-in (PHEV) i łagodnymi hybrydowymi pojazdami elektrycznymi (MHEV).
W porównaniu, zwykłe samochody mają 600 MOSFET-ów, samochody z wyższej półki mają 100 MOSFET-ów, a 48-woltowe lekkie samochody hybrydowe mają 400 MOSFET-ów. Krzemowe urządzenie MOSFET rozwiązuje problem wysokiego napięcia i kosztów. Po rozwiązaniu problemu asymetrii przepięć, niskonapięciowe przyrządy półprzewodnikowe mocy w konfiguracji szeregowej tworzą efektywne rozwiązanie systemu konwersji mocy, a także rozwiązują kwestie kosztów i wydajności. W szczególności system akumulatorów 48 V może wytrzymać stany przejściowe zrzutu obciążenia przy wysokim napięciu wejściowym, pracując z niskimi zakłóceniami elektromagnetycznymi (EMI), niskim cyklem pracy i wysoką wydajnością.
* Z punktu widzenia oszczędności energii i efektywności energetycznej, zarządzanie termiczne nowymi pojazdami elektrycznymi jest kolejnym gorącym tematem. Wynika to z faktu, że gęstość energii akumulatora nie jest tak wysoka jak w przypadku benzyny, a ponadto istnieją wymagania dotyczące temperatury środowiska pracy, a system musi być maksymalnie zoptymalizowany. Podzespoły związane z ciepłem nowego pojazdu energetycznego można podzielić na trzy części, a mianowicie silnik i elektronikę mocy, akumulator zasilający i kokpit. Elementy te mają zarówno wymagania dotyczące ogrzewania, jak i chłodzenia. Jeśli obliczysz, że na każde 100 kilometrów potrzebne są 24 kilowatogodziny energii elektrycznej, około 20% ciepła jest wykorzystywane do rozpraszania ciepła. Opierając się na szacunkach przejechanych 16 000 kilometrów rocznie, prawie 7680 kilowatogodzin energii elektrycznej zostanie zużytych do zużycia ciepła w ciągu 10 lat, co przekłada się na marnotrawstwo od prawie 15 000 do 20 000 juanów. Dlatego punktem wyjścia powinno być znalezienie bilansu kosztów w zarządzaniu systemem ciepłowniczym na poziomie całego systemu, zastanowienie się nad projektem schematu systemu i zdefiniowaniem przyszłych strategii.
W związku z tym, w tym artykule jako przykład weźmiemy pojazd z napędem hybrydowym (MHEV), którego charakterystyka zastosowania systemu 48V MHEV, w tym sposób użycia standardowego obwodu MOSFET z konwerterem krzemowym w 48V MHEV, w tym elektronika samochodowa wymaga niskiego poziomu EMI, równoległy MOSFET, pomocniczy system 48 V i akumulator 48 V, 48 V przedni konwerter buck i inne problemy z aplikacjami oraz nowa energia elektryczna kontrola temperatury pojazdu elektrycznego napęd elektryczny i wybór projektu urządzenia zasilającego to dwie główne kwestie do omówienia i analizy.
