EE Times 第二屆年度先進汽車技術論壇（前身?為下一代 EV 和 AV 路線圖）審視了電動汽車 (EV) 和?自動駕駛技術汽車市場快速變化的格局。EV（電動汽車）小組討論由動力總成和充電站軌道的主講人組成，討論了從寬禁帶 (WBG) 半導體（包括碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN)）到可再生能源的廣泛主題用于制造 SiC 晶片。

AspenCore電力電子新聞主編、小組主持人 Maurizio Di Paolo Emilio 就電動汽車行業的主要趨勢進行了圓桌討論。討論的一部分集中在 WBG 半導體及其在電動汽車和其他電動汽車應用中的日益普及，這要歸功于它們更高的效率以及重量和尺寸的節省。

這與幾個關鍵趨勢相吻合，包括從當前的 400 伏標準轉向 800 伏 (V) 系統、350 千瓦 (kW) 及更高功率的更高功率直流充電站、無線電池管理系統以及未來的無線充電。碳化硅晶圓制造的成本和對額外產能的需求也被提上了議事日程。

小組成員還研究了電動汽車廣泛采用的幾個障礙，包括車輛成本、里程焦慮、更快充電的需求以及技術挑戰。盡管在電動汽車市場仍面臨挑戰，但小組成員最重要的主題是他們對創造一個更可持續和更綠色的世界以及開發有助于節能的技術的工作的熱情。

該小組由五位行業專家組成。參與 EV 充電環節的嘉賓包括 Eggtronic 首席執行官兼首席技術官 Igor Spinella，他談到了 EV 無線充電技術和動態充電的潛力，以及ABB Power Conversion工業部門負責人 Gopal Mitra和全球業務部 Daan Nap ABB E-Mobility 的發展，他們都討論了電動汽車充電解決方案以及電力和充電基礎設施的挑戰。

為電動汽車動力總成做出貢獻的小組成員包括德州儀器 (TI)系統工程營銷部汽車系統總監 Ryan Manack，他強調了 GaN 和先進電池管理系統的進步，以及 Wolfspeed 首席技術官兼聯合創始人 John Palmour，他提供了有關在電動汽車電池中采用 SiC 驅動系統逆變器的見解。

以下是小組討論的重點。

使能技術

TI 的 Ryan Manack 在圓桌會議開始時討論了推動電動汽車廣泛采用需要解決的一些關鍵障礙。其中兩個挑戰是車輛成本和里程焦慮。

Manack 表示，新的創新可以幫助克服廣泛采用的一些障礙，包括 GaN 等 WBG 技術，由于其更高的運行效率和先進的電池管理系統，它可以幫助延長行駛里程。還有一些趨勢，比如使用磷酸鐵鋰 (LFP) 來降低成本，而不是鎳錳鈷和其他化學物質以及新的無線 BMS，“這是成本、可制造性和可維護性的游戲規則改變者，”他說。

Manack 說，世界各國政府都積極減少二氧化碳排放，原始設備制造商致力于開發和交付這些零排放汽車。“還有很多工作要做，但很難想象現在還有比汽車電子產品更令人興奮的地方。”

同樣，Wolfspeed 的首席技術官 Palmour 討論了在動力總成逆變器中使用 SiC 的好處。更高的效率“對汽車原始設備制造商來說具有真正的價值”，但他強調，這并不是與硅 IGBT 的組件間比較。必須進行系統級分析，“但底線是使用 SiC 使車輛更便宜，因為它可以節省電池成本和/或擴大續航里程。”

Palmour 表示，SiC 在 400-V 總線的電動汽車逆變器中獲得了非常迅速的牽引力——沒有雙關語，同時大力推動 800-V 總線“與硅 IGBT 相比，SiC 更加閃耀”，這允許快速充電。

他說，盡管 SiC 制造比硅更耗能，但對于 800 V 總線，額外的能量在車輛的整個生命周期內以大約 13 比 1 的比率返回。

電動巴士或長途卡車的回報甚至更高。Palmour 補充說，這大約是 32 比 1 的能源投資回報率，這對業主在整個生命周期內的能源使用而言是非常顯著的節省。

那么 800-V 系統趨勢將如何影響功率器件的選擇呢？毫無疑問，從 400 V 升級到 800 V 是一種趨勢，這一切都是為了提高性能和充電時間，Manack 說。“當今市場上有許多器件可供選擇——硅、IGBT、SiC 和 GaN。所有這四種都將繼續在汽車和充電站內共存。每個都為設計帶來獨特的特征。”

Manack說，TI的策略是將驅動器集成到GaN器件中，這樣可以降低開關電感，并實現敢達150 V/納秒的開關，TI的器件可以運行高達2.2 MHz。“能夠更快地切換使車載充電器（OBC）的直流-直流轉換器中的磁性更小并且將磁性體的尺寸縮小60%是巨大的。我們說的是減輕車輛重量。有機會縮小磁性體的尺寸，第二個更有效地工作，這些都是像GaN這樣的WBG半導體帶來的優勢。”

WBG 半導體能夠以非常高的效率推動極高的開關頻率功率轉換，Manack 說。他補充說，DC-to-DC 對 GaN 來說是一個非常重要的空間，因為它可以通過磁性、高效率和更簡單的熱管理來節省尺寸和重量，即使是在特定應用中的板載充電也是如此。

Manack 表示，GaN 正在關注那些重視高開關頻率的領域，并利用每納秒 150 V 的開關性能來實現這些應用中的終極功率密度。“我們為減輕重量和降低車輛成本所做的任何事情都將增加續航里程并使其對消費者更具吸引力。”

Manack 還指出，在兩個 400 V 電源相互堆疊的情況下，沒有理由不能在 400 V 下使用傳統電橋。“我們認為這肯定是一種趨勢，并且確實在系統內提供了冗余。”

Manack 表示，從電池管理系統 (BMS) 的角度來看，無線趨勢開始在汽車制造商中升溫。在更高的電壓下，“有很多串聯堆疊的電池，每個電池都必須受到監控，如果您談論的是 LFP，則必須非常準確地監控。”

在傳統的有線 BMS 中，一個電池監控器正在監控 12 或 16 個電池，然后下一個電池監控器正在測量接下來的 12 到 16 個電池，這些電池通過電線以菊花鏈方式連接，這面臨著一些挑戰，包括延遲和潛在的手動組裝，這增加了他解釋說，成本和時間。

有了無線 BMS，電線就被消除了，每個電池監視器之間有一條射頻鏈路直接連接到電池管理單元，因此延遲減少了，并且可以直接與 VMU [車輛管理單元] 通信，并且可制造性變得很多更簡單，Manack 說。

無線充電的障礙

除了續航里程焦慮之外，采用電動汽車的最大障礙之一是缺乏充電站以及電池充電速度。一種可能的答案是無線充電。Eggtronic 的首席執行官兼首席技術官 Spinella 表示，越來越多的公司正在尋求提供無線充電，它具有一系列好處，包括消除電纜、方便以及可能消除充電時間。

由于效率、成本、基礎設施和標準化等幾個因素，小組成員認為無線充電不會很快成為電動汽車的主流。此外，更高功率的電子產品也帶來了一系列挑戰，Mitra 說。

選擇無線技術有幾個原因，但由于這些挑戰，沒有人在電動汽車中采用無線充電，Spinella 說。他討論了靜態和動態無線充電的區別和局限性，以及如何克服這些挑戰。此外，他補充說，在談論無線充電時，總是需要討論標準化。

靜態無線充電在短期內是最有可能的，并且可以很快起飛。斯皮內拉說。相比之下，動態無線充電更為復雜，但應該為其開發基礎設施。但這是長期的，他補充說。

Mitra 表示，對于手機和消費類設備來說，低瓦數的無線充電是主流，但對于更高的功率，如何在沒有太大損失的情況下無線傳輸這種功率是一個重大挑戰。

“但話雖如此，動態和靜態充電都有測試軌道。這方面已經取得了進展，也許在五到六年內，這可能會成為我們為車輛充電的方式，但就目前和可預見的未來而言，基于電纜的充電將成為必經之路，”他補充道。

直流充電站的未來

ABB Power Conversion 的 Mitra 表示，采用電動汽車的最大挑戰之一是充電器可用于所有不同的用例。他補充說，第三個挑戰是支持這些用例的電力電子拓撲。

ABB E-Mobility 的 Nap 解決了 350 kW 更高功率充電的趨勢，主要用于卡車和公共汽車等重型車輛，以及高達 1 兆瓦 (MW) 的長途卡車運輸，甚至更高的電動渡輪和電動航空。如今，能夠以 350 kW 充電的乘用電動汽車非常有限，但 Nap 表示，隨著汽車 OEM 轉向 800-V 系統，這種情況將會發生。

Mitra 說，大功率充電將變得更加普遍，當您需要更多功率時，挑戰就是當前。“為了保持電流可控，你必須使用更高的電壓——800V 電池——而且有些公司甚至關注 1500V，因此上限將繼續被推高。”

此外，對于更高功率的拓撲結構，還有許多效率方面的考慮因素，因為在高電流和高電壓下，可能會重點關注能量損失并調整拓撲結構以將其降至最低，他說。“即使是 1% 的節省，在如此大的功率下也是顯著的節省。我們將看到更多具有不同拓撲結構的大功率充電器，特別是一些具有連接到不同能源的公共直流母線，甚至是連接到同一電網的綠色能源。”

“這真的是一個激動人心的時刻，電動汽車即將到來，充電就在那里，它融入了一個更廣泛的生態系統，包括可再生能源和本地能源儲存和發電，所以如果我們在 10 年或 15 年后討論這個問題，世界將會看起來明顯不同，”Nap 說。

使用更環保的電網會更好地實現電氣化嗎？米特拉說，綠色能源的采用在很大程度上是由環境因素推動的，目前有許多綠色能源——主要是太陽能、風能和水力——正在為能源市場做出貢獻。

他還指出，綠色能源的數字化管理至關重要。最大的挑戰是認識到這些能源中的每一種都有自己的發電概況。

“風不是一天 24 小時都在吹，陽光也不是一天 24 小時都在照耀著，將這一發電配置文件與電網需求配置文件相匹配始終是一個挑戰，”Mitra 說。

他補充說，為了在區域層面或城市層面做到這一點，電力生產商和能源分銷商利用數字電力管理工具。“當我們看到這種從化石燃料到綠色能源的能源轉變時，我們管理綠色能源的方式以及我們消費它的方式將會發生轉變。”

Manack 很好地總結了小組討論，他說：“世界瞬息萬變，看到道路上電動汽車的數量以及太陽能電池板和風車的數量，事情發生的變化之快真是令人驚訝。即使回顧十年，這就像在很短的時間內發生了一個數量級的變化。我們將繼續努力解決行業中關于效率、成本和速度的這些關鍵問題。我們都將發揮關鍵作用，讓電氣化繼續普及，讓世界變得更清潔、更環保，因此這將是一段激動人心的旅程。”

審核編輯 黃昊宇