Aufgrund der vielen Herausforderungen, denen sich Elektrofahrzeuge mit neuer Energie heute gegenübersehen, hat sich die Einführung neuer Konzepte und neuer Technologien bei der Konstruktion und dem Design von Systemen für Elektrofahrzeuge mit neuer Energie entsprechend der Zeit ergeben. Insbesondere mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Gerätedesigntechnologie und des Herstellungsprozesses werden Halbleiterbauelemente mit großer Bandlücke nach und nach traditionelle Halbleiterbauelemente ersetzen, die in leistungselektronischen Systemen neuer Energieträger weit verbreitet sein werden und zu einem neuen Trend werden. Zu diesem Zeitpunkt werden nur die folgenden zwei heißen Themen diskutiert und erklärt.
*Der Markt für Leistungselektronik für Elektrofahrzeuge (EV), Hybrid-Elektrofahrzeuge und Benzinfahrzeuge wächst heute weiter. Zum Beispiel reichen die Spannungsanforderungen eines typischen Hybridelektrofahrzeugs (HEV) von 12 V bis 800 V, und der Strom kann Hunderte von Ampere erreichen. Als Ergebnis ziehen Silizium (Si) und Halbleiterbauelemente mit großer Bandlücke, wie beispielsweise Galliumnitrid (GaN) und Siliziumkarbid (SiC) Bauelemente, großes Interesse auf sich.
Der Halbleiter mit großer Bandlücke bezieht sich hauptsächlich auf ein Halbleitermaterial, dessen Bandlücke (die Energiedifferenz zwischen dem niedrigsten Punkt des Leitungsbandes und dem höchsten Punkt des Valenzbandes) größer als 2,2 eV ist. Halbleitermaterialien mit großer Bandlücke, die durch GaN und SiC repräsentiert werden, haben die Eigenschaften einer hohen elektrischen Durchschlagsfeldstärke, einer hohen Grenzfrequenz, einer hohen Wärmeleitfähigkeit, einer hohen Übergangstemperatur, einer guten thermischen Stabilität und einer starken Strahlungsbeständigkeit. Verglichen mit Silizium (Si)- und Galliumarsenid (GaAs)-Prozessen bieten SiC- oder GaN-Bauelemente mit breiter Bandlücke eine höhere Effizienz, Schaltfrequenz, Betriebstemperatur und Betriebsspannung, wodurch Leistungsumwandlungsprobleme gelöst werden. Aus diesem Grund ist es unvermeidlich, dass Halbleiterbauelemente mit großer Bandlücke nach und nach herkömmliche Halbleiterbauelemente ersetzen werden.
Derzeit gibt es bei Elektrofahrzeugen in der Regel ein Vollhybrid-Elektrofahrzeug (FHEV), ein Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEV) und ein Mild-Hybrid-Elektrofahrzeug (MHEV).
Im Vergleich dazu haben normale Autos 600 MOSFETs, High-End-Autos haben 100 MOSFETs und 48-V-Light-Hybrid-Autos haben 400 MOSFETs. Die Silizium-MOSFET-Vorrichtung löst das Problem der Hochspannung und der Kosten. Nach der Lösung des Problems des Überspannungsungleichgewichts schaffen Niederspannungs-Leistungshalbleiterbauelemente in Reihenkonfiguration eine effektive Lösung für das Leistungsumwandlungssystem und lösen auch die Kosten- und Effizienzprobleme. Insbesondere kann das 48-V-Batteriesystem hohen Eingangsspannungs-Load-Dump-Transienten standhalten, während es mit geringer elektromagnetischer Interferenz (EMI), niedrigem Tastverhältnis und hoher Effizienz arbeitet.
* Aus Sicht der Energieeinsparung und Energieeffizienz ist das Thermomanagement von Elektrofahrzeugen mit neuer Energie ein weiteres heißes Thema. Dies liegt daran, dass die Energiedichte der Batterie nicht so hoch ist wie die von Benzin, und es gibt Anforderungen an die Arbeitsumgebungstemperatur und das System muss so weit wie möglich optimiert werden. Die wärmerelevanten Komponenten eines New Energy Vehicle lassen sich in drei Teile unterteilen, nämlich den Motor und die Leistungselektronik, die Powerbatterie und das Cockpit. Diese Komponenten haben sowohl Heiz- als auch Kühlanforderungen. Rechnet man, dass auf 100 Kilometer 24 Kilowattstunden Strom benötigt werden, werden ca. 20 % der Wärme zur Wärmeabfuhr genutzt. Bei einer geschätzten Laufleistung von 16.000 Kilometern pro Jahr werden in 10 Jahren fast 7.680 Kilowattstunden Strom für den Wärmeverbrauch verwendet, was einer Verschwendung von fast 15.000 bis 20.000 Yuan entspricht. Ausgangspunkt sollte daher sein, die Kostenbilanz im thermischen Systemmanagement auf der Ebene des Gesamtsystems zu finden, über die Auslegung des Systemschemas und die Definition zukünftiger Strategien nachzudenken.
Dementsprechend wird in diesem Artikel ein Mild-Hybrid-Elektrofahrzeug (MHEV) als Beispiel genommen, dessen Anwendungsmerkmale des 48-V-MHEV-Systems, einschließlich der Verwendung einer Standard-Silizium-Abwärtswandler-MOSFET-Schaltung in 48-V-MHEV, einschließlich der Leistungselektronik für Kraftfahrzeuge, eine niedrige EMI erfordern, paralleler MOSFET, 48-V-Hilfssystem und 48-V-Batterie, 48-V-Front-End-Abwärtswandler und andere Anwendungsprobleme sowie die Auswahl der Designauswahl für elektrische Antriebe und Leistungsgeräte für Elektrofahrzeuge der neuen Energie mit thermischer Steuerung zwei Hauptthemen für die Diskussion und Analyse.
