نظرًا للتحديات العديدة التي تواجهها السيارات الكهربائية ذات الطاقة الجديدة اليوم ، فقد ظهر إدخال مفاهيم جديدة وتقنيات جديدة في بناء وتصميم أنظمة السيارات الكهربائية ذات الطاقة الجديدة حسب الحاجة. خاصة مع التقدم المستمر لتكنولوجيا تصميم الجهاز وعملية التصنيع ، ستحل أجهزة أشباه الموصلات ذات فجوة الحزمة العريضة محل أجهزة أشباه الموصلات التقليدية ، والتي سيتم استخدامها على نطاق واسع في الأنظمة الإلكترونية للطاقة الجديدة لمركبة الطاقة وتصبح اتجاهًا جديدًا. في هذا الوقت ، سيتم مناقشة وشرح الموضوعين المهمين التاليين فقط.
* يستمر نمو سوق إلكترونيات الطاقة للسيارات الكهربائية (EV) والمركبات الكهربائية الهجينة ومركبات البنزين اليوم. على سبيل المثال ، تتراوح متطلبات الجهد لنظام الطاقة النموذجي للمركبة الكهربائية الهجينة (HEV) من 12 فولت إلى 800 فولت ، ويمكن أن يصل التيار إلى مئات الأمبيرات. نتيجة لذلك ، تجذب أجهزة السيليكون (Si) وأشباه الموصلات ذات فجوة الحزمة الواسعة ، مثل أجهزة نيتريد الغاليوم (GaN) وكربيد السيليكون (SiC) ، اهتمامًا كبيرًا.
تشير أشباه الموصلات ذات فجوة النطاق الواسعة بشكل أساسي إلى مادة شبه موصلة تكون فجوة نطاقها (فرق الطاقة بين أدنى نقطة في نطاق التوصيل وأعلى نقطة في نطاق التكافؤ) أكبر من 2.2 فولت. تتميز مواد أشباه الموصلات ذات الفجوة الواسعة التي يمثلها GaN و SiC بخصائص قوة المجال الكهربائي عالية الانهيار وتردد القطع العالي والموصلية الحرارية العالية ودرجة حرارة الوصلة العالية والاستقرار الحراري الجيد ومقاومة الإشعاع القوية. بالمقارنة مع عمليات السيليكون (Si) وزرنيخيد الغاليوم (GaAs) ، فإن أجهزة SiC أو GaN ذات فجوة النطاق العريضة تحقق كفاءة أعلى ، وتبديل التردد ، ودرجة حرارة التشغيل والجهد التشغيلي ، وبالتالي حل مشاكل تحويل الطاقة. هذا هو السبب في أنه من المحتم أن تحل أجهزة أشباه الموصلات ذات فجوة النطاق العريض محل أجهزة أشباه الموصلات التقليدية تدريجياً.
في الوقت الحاضر ، عادة ما يكون مظهر السيارات الكهربائية عبارة عن سيارة كهربائية هجينة بالكامل (FHEV) ، ومركبة كهربائية هجينة تعمل بالكهرباء (PHEV) ومركبة كهربائية هجينة خفيفة (MHEV).
على مدار المقارنة ، تحتوي السيارات العادية على 600 وحدة MOSFET ، وتحتوي السيارات المتطورة على 100 وحدة MOSFET ، بينما تحتوي السيارات الهجينة الخفيفة 48 فولت على 400 وحدة MOSFET. جهاز السيليكون MOSFET يحل مشكلة الجهد العالي والتكلفة. بعد حل مشكلة عدم توازن الجهد الزائد ، تعمل أجهزة أشباه الموصلات ذات الجهد المنخفض في تكوين السلسلة على إنشاء حل فعال لنظام تحويل الطاقة ، وكذلك حل مشكلات التكلفة والكفاءة. على وجه الخصوص ، يمكن لنظام البطارية 48 فولت أن يتحمل عابرات تفريغ الحمل ذات الجهد العالي ، أثناء التشغيل بتداخل كهرومغناطيسي منخفض (EMI) ، ودورة تشغيل منخفضة وكفاءة عالية.
* من منظور توفير الطاقة وكفاءة الطاقة ، تعد الإدارة الحرارية للمركبات الكهربائية ذات الطاقة الجديدة موضوعًا ساخنًا آخر. وذلك لأن كثافة طاقة البطارية ليست عالية مثل كثافة البنزين ، وهناك متطلبات لدرجة حرارة بيئة العمل ، ويحتاج النظام إلى التحسين قدر الإمكان. يمكن تقسيم المكونات المتعلقة بالحرارة لمركبة الطاقة الجديدة إلى ثلاثة أجزاء ، وهي المحرك وإلكترونيات الطاقة ، وبطارية الطاقة ، وقمرة القيادة. هذه المكونات لها متطلبات التدفئة والتبريد. إذا حسبت أن هناك حاجة إلى 24 كيلوواط / ساعة من الكهرباء لكل 100 كيلومتر ، يتم استخدام 20٪ تقريبًا من الحرارة لتبديد الحرارة. بناءً على تقدير تشغيل 16000 كيلومتر في السنة ، سيتم استخدام ما يقرب من 7680 كيلو واط / ساعة من الكهرباء لاستهلاك الحرارة في 10 سنوات ، مما يترجم إلى هدر ما يقرب من 15000 إلى 20000 يوان. لذلك ، يجب أن تكون نقطة البداية هي إيجاد توازن التكلفة في إدارة النظام الحراري على مستوى النظام بأكمله ، للتفكير في تصميم مخطط النظام وتحديد الاستراتيجيات المستقبلية.
وفقًا لذلك ، ستأخذ هذه المقالة سيارة كهربائية هجينة معتدلة (MHEV) كمثال ، خصائص تطبيق نظام 48V MHEV ، بما في ذلك كيفية استخدام دائرة MOSFET لمحول باك السيليكون القياسي في 48 فولت MHEV ، بما في ذلك إلكترونيات طاقة السيارات تتطلب EMI منخفض ، MOSFET متوازي ، نظام إضافي 48 فولت وبطارية 48 فولت ومحول باك أمامي 48 فولت ومشكلات تطبيق أخرى ، ومحرك كهربائي جديد للتحكم الحراري في السيارة الكهربائية وتصميم جهاز الطاقة ، وهما قضيتان رئيسيتان للمناقشة والتحليل.
