電気自動車は、品質、機能のシンプルさ、およびエネルギー効率の点で環境に優しい特徴により、現在普及しています。 機能推力は電気モーターによって駆動され、内燃機関に比べて構造が単純です。 エネルギー効率に関しては、内燃機関車と電気自動車の比較は象徴的です。内燃機関車のエネルギー効率は 16% ですが、電気自動車のエネルギー効率は 85% です。 推進力の電気的性質は、燃焼に基づく性質、つまり再生可能エネルギーよりも優れています。
電気は、バッテリーの充電に役立つさまざまな形態の環境発電の使用を含め、多くの柔軟性を提供し、車両自体の動作時間を延長します。 したがって、環境発電技術は、電気自動車の研究開発ソリューションの見込みです。
電気自動車の自律性は、パワートレインとエネルギー管理システムの効率を直接反映しています。 さらに、現在数百キロワットに達する強力な急速充電システムなどの必要なインフラストラクチャも、事前に設定された厳格なサイズと効率の制限に準拠するために必要です。 炭化ケイ素 (SiC) は、その特定の物理的特性により、これらの新しい市場のニーズに効果的に対応できます。
ハイブリッド車と電気自動車の中で、主要な電子電源システムは DC/DC ブースト コンバーターと DC/AC インバーターです。 電気自動車向けに開発された電子システムは、温度センサー、電流センサー、電圧センサーから、SiC や窒化ガリウム (GaN) ベースの半導体にまで及びます。
炭化ケイ素は強力です
今日、自律性と長い充電時間は、電気自動車の採用に対する重要な障壁となっています。 急速充電の場合、より短い時間で充電するにはより多くの電力が必要です。 車内の利用可能なスペースが限られているため、バッテリー充電システムは高い電力密度を提供する必要があります。 そうして初めて、これらのシステムを車両に統合することが可能になります。
電気自動車 (EV) やプラグイン ハイブリッド車 (HEV) の中心には、高電圧バッテリー (200 ～ 450 VDC) とその充電システムがあります。 オンボード充電器 (OBC) は、家庭や公共または私有の充電ステーションで AC 電源からバッテリーを充電する方法を提供します。 3.6 kW の三相高出力コンバータから 22 kW の単相まで、今日の OBC は、急速充電を保証し、限られたスペースと重量の要件を満たすために、可能な限り最高の効率と信頼性を備えている必要があります。
すべての急速充電システムには、コンパクトで効率的な充電ステーションが必要であり、現在の SiC パワー モジュールを使用すると、必要な電力密度と効率を備えたシステムを構築できます。 電力密度とシステム効率に関する野心的な目標を達成するには、SiC トランジスタとダイオードを使用する必要があります。
高硬度SiC基板の優れた電界強度により、より薄い基板の使用が可能になります。 シリコンエピタキシャル層と比較すると、これは10分の1の厚さに達することができます。 バッテリーの傾向は大容量化であり、この機能は充電時間の短縮に関連しています。 これには、11 kW や 22 kW などの高い出力と効率を備えた OBC が必要です。
SCT3xHRシリーズの導入により、ロームはAEC-Q101認定のSiC MOSFET分野で最も幅広い製品ラインを提供し、車載用充電器や車載アプリケーション向けDC/DCコンバータに必要な高い信頼性を保証します(図1)。 また、STMicroelectronics は、AEC-Q101 準拠の MOSFET、シリコンおよびシリコン カーバイド (SiC) ダイオード、32-ビット SPC5 車載用マイクロコントローラを幅広く取り揃えており、これらの要求の厳しいコンバータを実装するためのスケーラブルで費用対効果が高く、エネルギー効率の高いソリューションを提供します。 (図 2)。
グリッドへの車両
今後 10 年間で数百万台のバッテリー駆動の電気自動車が路上に登場すると予想され、送電網に大きな課題をもたらします。 プログラム不可能な再生可能資源の生産が拡大するにつれて、バランスの取れたネットワークの必要性も高まります。
車のバッテリーが家庭用充電ウォールボックスまたは企業または公共の充電ステーションを介してネットワークに接続されている場合、それらのインテリジェントな管理は非常に魅力的になります。 オンボードバッテリは、電力を吸収する緊急の必要性に応じて、ネットワークに電力を供給したり、電力を引き出したりするために使用できます。
このシステムは、リモコンを使用して、車両に蓄積されたエネルギーを戻すか、ネットワークを介して (バッテリーに) 回収します。 このシステムを実装するための重要な技術は、自動側と低電圧ネットワーク側で高電圧バッテリ (300 ～ 500 ボルト) に直接結合される双方向電力インバータです (図 3)。
Vehicle-to-Grid (V2G) テクノロジーには、グリッドをよりバランスのとれた効率的なものにする可能性があります。 電力需要が増加するにつれて、需要と供給のバランスを取ることが重要です。
ワイヤレス充電
ガレージや公共駐車場にある充電ポイントのおかげで、刺激的な分野は電気自動車のワイヤレス充電です。 充電ポイントは、必ずしも車の下のレシーバーと正確に位置合わせする必要はありません。 長期的には、ロングローディングプレートと公道を一体化し、走行中でもEV/HEV車を積載できるマイクロローディングバージョンの開発を試みるが、これは国や地域で遭遇する困難の数に依存する.地方行政レベル。
V2G テクノロジが途切れることなく動作し、ネットワークの安定性という利点を提供し、車両が発電機およびデータ ソースとして機能できるようにするには、ワイヤレス充電テクノロジを車両自体だけでなく、家庭や都市のインフラストラクチャにも組み込む必要があります。 車両は充電されます。 これにより、必要に応じて車両が非常に使いやすくなります。
磁気共鳴技術に基づくワイヤレス充電では、コンクリートやアスファルトなどの材料を使用してソースプレートに柔軟なコイルを配置することで、タイプやサイズに関係なく、電気自動車を自動的かつ安全に充電できます。 ワイヤレス パワーにより、車両は自律的に充電し、人間の介入なしで継続的に励起および減衰する V2G テクノロジを実装できます (図 4)。
結論
ブロードバンド半導体技術とデジタル ネットワーク機能によって実現される急速充電ステーションは、電気自動車の採用を加速するのに役立ちます。 電気自動車に対する世界的な需要が高まるにつれて、充電インフラストラクチャをサポートする必要性も高まっています。 電気自動車の革新的な充電技術は、変化の触媒となり、電気自動車の採用を促進し、二酸化炭素排出量を削減するという目標に大きく貢献することができます。
電気自動車のパワー エレクトロニクスは、改善のニーズを満たすために SiC パワー デバイスで強化されています。 電気自動車の強度と電力密度。 高電圧と高電力を必要とする大電力アプリケーション - したがって、システム性能と長期的な信頼性に重要な貢献をします。 SiC MOSFET と SiC ショットキー バリア ダイオード (SBD) により、高周波で最高のスイッチング効率が保証されます。