復雜系統的設計必須始終考慮大量的技術、工藝、環境和立法限制。現在另一個不容忽視的方面是關于尊重環境的方面：因此，新技術旨在尋找滿足這一要求的解決方案，完全專注于能源效率、減少能源浪費和提高系統產量。

電動汽車

機動性同樣注重涉及旨在減少二氧化碳排放和尊重環境的仔細規劃。實施涉及電動機領域，因此也涉及電力電子領域。在處理可持續移動性時，多年來，在混合動力汽車 (HEV)、插電式混合動力汽車的各種實施中，電動汽車 (E-Mobility) 的解決方案已得到解決。汽車 (PHEV) 和全電動汽車 (EV)。這些車輛現在是工程杰作，其中電子（數字和動力）、機械和 IT 協同工作，以最大限度地減少未燃燒氣體的排放并使 HEV 和 PHEV 情況下的兩個發動機同步，并通過正確管理排放和充電來優化消耗EV 情況下的蓄電池。

制造商現在幾乎都適合電動世界的生產，以至于即使是奧迪、梅賽德斯-奔馳或寶馬（這在很大程度上歸功于汽油和柴油發動機）等歷史悠久的綜合品牌也將他們的第一個高市場上電動汽車的性能模型。正是市場本身開始顯示出轉變的最初跡象：這一趨勢持續增長，公共交通和貨物運輸車輛的數量已達到約 600 萬輛，而預測到 2030 年將有約 1.6 億輛汽車。迄今為止，中國是推動力，約占汽車總量的三分之一。在立法層面，歐洲和美國已經表明了減少溫室氣體排放的意愿，這將有利于新型電動和混合動力汽車以及可再生能源。

電動汽車中的電力電子

電力牽引涉及多種電子設備。在高科技交通工具中，創新的安全裝置至關重要：大量智能傳感器能夠檢測和處理有關障礙物的數據，保持預設速度和與前方車輛的恒定距離（ACC – 自適應巡航）控制）、超車時檢測死角、保持車道（LKAS – 車道保持輔助系統）或在必要時自動制動（BAS – 制動輔助系統）。

在推進方面，在車載功率設備中，功率逆變器和BMS（電池管理系統）發揮著更大的作用，兩者都在不斷受到設計師和工程師的研究。BMS 必須能夠管理大功率，精心控制電池組的溫度和電流，以及管理再生制動器的充電。EVSE（電動汽車供電設備）或充電模塊是完成設計框架的車外設備之一，它允許將電力從電網傳輸到車輛。

EVSE 和智能充電

電動汽車供電設備是更復雜基礎設施的一部分，未來將插入智能配電網絡（稱為智能電網），該網絡允許對稱為“插件”的設備（事實上包括電動汽車和PHEV）進行充電。電動車輛供電設備主要由配備通信接口的微處理器裝置和發電單元組成，發電單元產生為車輛充電所需的能量。為了實現更大的行駛自主性，如果一方面電動汽車需要更高容量的蓄電池，另一方面電動車輛供電設備必須保證可接受的充電時間。

這種需要導致更高的電源，因此需要設計和制造充電裝置，以管理極高的電流，并解決所有相關問題（充分的散熱、為連接器特制的絕緣材料、非常高的導電性電纜）。我們討論的電流范圍從家用電動汽車供電設備的16安培到供應125安培的系統，甚至是能夠提供敢達350安培直流電的最新充電站。

車輛到電網

直到十年前，大多數充電站都不是智能充電類型，因為充電控制協議基于模擬電路，與應用類型相比，它不是很通用。隨著時間的推移，EVSE 的要求變得越來越復雜，以至于決定將實際充電模塊與數字控制模塊（供電設備通信控制器或 SECC）結合起來，這使您可以實現眾多功能并滿足電動汽車制造商的需求，創造一個真正的副服務生態系統。

執行此任務的標準和協議集被稱為 V2G（車輛到電網），并在 ISO15118（及其衍生版本）中進行了解釋，它提供了控制消息和能量傳輸的雙向通信。事實上，從這個意義上講，電力可以從網絡傳輸到車輛，反之亦然從電動汽車傳輸到網絡。

這允許優化電池組中電荷的存在，并且還可以重復利用蓄電池中的能量以反饋到網絡中。汽車有 90% 的時間都在停放，這意味著當時車內所含的電力未被使用；V2G 的想法是利用這種累積的電荷來應對能源需求的峰值。此外，V2G 與可再生和非連續能源轉換點很好地集成，例如風能或光伏系統：如果在給定時刻系統生產短缺，網絡可以自主決定使用電動汽車電池緩沖任何能源需求，以及如果生產過剩，可以注入額外的能量來為需要它的車輛充電。

V2G 協議的消息傳遞提供了許多其他服務，包括自動車輛識別、連接到電力網絡的用戶的授權以及基于時間段和所需充電功率的費率配置之間的區分。EV 和 EVSE 之間的物理通信通道是有線（電力線通信）或無線（WLAN）。

智能充電WBG

工程師面臨的挑戰之一無疑是 EVSE 中使用的功率器件。對電流的需求如此之高，以至于經典設備在支持它的同時，可能會出現諸如導致設備成本增加的附帶問題，從而破壞產品的可擴展性。例如，考慮到由于所涉及的高功率導致的散熱，這需要專門設計且尺寸正確的散熱器，從而使系統更加昂貴、笨重和笨重。從這個意義上說，技術已經領先，而 WBG（寬帶隙) 設備是可行的解決方案之一。

圖 1：英飛凌 CoolSiC? 系列

例如，英飛凌憑借全新的 CoolSiC? 系列，能夠管理高達 1200 V 和 200 A 的高功率，使用一系列器件，包括肖特基二極管、SiC MOSFET 和 SiC 模塊，所有這些器件都是為汽車應用而設計和啟用的。ROHM Semiconductor 還擁有自己的超高功率 WBG 型器件系列，例如開關頻率超過 100kHz 的 MOSFET 模塊。

不遠的將來

E-Mobility 和 WBG 設備已經找到了一種相互牽引的方法，一方面，EV 和 EVSE 需要具有高功率密度、高性能和小尺寸的新設備的完美結合；另一方面，世界銀行集團尋求正確推動大規模滲透市場。

審核編輯 黃昊宇