전기 자동차는 품질, 기능적 단순성, 에너지 효율성 측면에서 친환경적인 특징으로 인해 이제 대중화되고 있습니다. 기능 추력은 전기 모터에 의해 구동되며 내연 기관에 비해 구조가 간단합니다. 에너지 효율성과 관련하여 내연 자동차와 전기 자동차의 비교는 상징적입니다. 내연 자동차의 에너지 효율성은 16%이고 전기 자동차의 에너지 효율성은 85%입니다. 추진력의 전기적 특성은 재생 에너지인 연소에 기반한 특성보다 이점이 있습니다.
전기는 배터리를 충전하는 데 도움이 되는 다양한 형태의 에너지 하베스팅을 사용하여 차량 자체의 작동 시간을 연장하는 등 많은 유연성을 제공합니다. 따라서 에너지 수확 기술은 전기 자동차 연구 및 개발 솔루션의 전망입니다.
전기차의 자율성은 파워트레인과 에너지 관리 시스템의 효율성을 직접적으로 반영합니다. 또한 현재 수백 킬로와트에 달하는 강력한 고속 충전 시스템과 같은 필수 인프라도 사전 설정된 엄격한 크기 및 효율성 제한을 준수해야 합니다. 실리콘 카바이드(SiC)는 고유한 물리적 특성을 통해 이러한 새로운 시장 요구에 효과적으로 대응할 수 있습니다.
하이브리드 및 전기 자동차 중에서 전자 전력 시스템을 주도하는 것은 DC/DC 부스트 컨버터와 DC/AC 인버터입니다. 전기 자동차용으로 개발된 전자 시스템은 온도, 전류 및 전압 센서에서 SiC 및 질화 갈륨(GaN) 기반 반도체에 이르기까지 다양합니다.
탄화 규소는 강력합니다
오늘날 자율성과 긴 충전 시간은 전기 자동차 채택의 중요한 장벽이 되었습니다. 고속 충전의 경우 더 짧은 시간에 충전하려면 더 많은 전력이 필요합니다. 자동차의 제한된 공간으로 인해 배터리 충전 시스템은 높은 전력 밀도를 제공해야 합니다. 그래야만 이러한 시스템을 차량에 통합할 수 있습니다.
전기 자동차(EV) 또는 플러그인 하이브리드 자동차(HEV)의 중심에는 고전압 배터리(200~450VDC)와 충전 시스템이 있습니다. 온보드 충전기(OBC)는 가정이나 공공 또는 개인 충전소에서 AC 전원으로 배터리를 충전하는 방법을 제공합니다. 3.6kW 3상 고전력 컨버터에서 22kW 단상에 이르기까지 오늘날의 OBC는 빠른 충전을 보장하고 제한된 공간 및 무게 요구 사항을 충족하기 위해 가능한 최고의 효율성과 신뢰성을 갖추어야 합니다.
모든 고속 충전 시스템에는 작고 효율적인 충전 스테이션이 필요하며 현재 SiC 전력 모듈을 사용하면 필요한 전력 밀도와 효율성을 갖춘 시스템을 만들 수 있습니다. 전력 밀도 및 시스템 효율성과 관련된 야심 찬 목표를 달성하려면 SiC 트랜지스터 및 다이오드를 사용해야 합니다.
고경도 SiC 기판의 우수한 전계 강도로 인해 더 얇은 기판을 사용할 수 있습니다. 실리콘 에피택셜 레이어와 비교할 때 이것은 두께의 10분의 1에 이를 수 있습니다. 배터리의 추세는 용량을 늘리는 것이며 이 기능은 충전 시간 단축과 관련이 있습니다. 이것은 차례로 11kW 및 22kW와 같이 높은 전력 및 효율을 가진 OBC를 필요로 합니다.
ROHM은 SCT3xHR 계열의 출시로 이제 AEC-Q101 인증 SiC MOSFET 분야에서 가장 광범위한 제품 라인을 제공하여 자동차 애플리케이션용 온보드 충전기 및 DC/DC 컨버터에 필요한 높은 신뢰성을 보장합니다(그림 1). 또한 STMicroelectronics는 광범위한 AEC-Q101 호환 MOSFET, 실리콘 및 실리콘 카바이드(SiC) 다이오드, 32-비트 SPC5 자동차용 마이크로컨트롤러를 보유하고 있어 이러한 까다로운 컨버터를 구현하기 위한 확장 가능하고 비용 효율적이며 에너지 효율적인 솔루션을 제공합니다. (그림 2).
그리드에 차량
향후 10년 동안 수백만 대의 배터리 구동 전기 자동차가 도로에 등장할 것으로 예상되며, 이는 그리드에 큰 도전이 될 것입니다. 프로그래밍이 불가능한 재생 가능 자원의 생산이 확대됨에 따라 균형 잡힌 네트워크에 대한 필요성도 커집니다.
자동차 배터리가 가정용 충전 월박스나 회사 또는 공공 충전소를 통해 네트워크에 연결되면 지능형 관리가 매우 매력적입니다. 온보드 배터리는 전력을 즉시 흡수해야 하는 필요성에 따라 네트워크에 전력을 공급하고 전력을 끌어오는 데 사용할 수 있습니다.
시스템은 원격 제어를 사용하여 차량에 축적된 에너지의 반환 또는 네트워크를 통한 복구(배터리로)를 제공합니다. 이 시스템을 구현하는 핵심 기술은 자동 측과 저전압 네트워크 측에서 고전압 배터리(300~500볼트)에 직접 연결되는 양방향 전력 인버터입니다(그림 3).
V2G(Vehicle-to-Grid) 기술은 그리드를 보다 균형 있고 효율적으로 만들 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 전력 수요가 증가함에 따라 공급과 수요의 균형이 중요합니다.
무선 충전
차고나 공영 주차장에 위치한 충전소 덕분에 전기 자동차의 무선 충전이 흥미로운 분야입니다. 충전 지점이 반드시 차량 아래의 수신기와 정확하게 정렬될 필요는 없습니다. 장기적으로 주행 중에도 EV/HEV 차량에 적재할 수 있도록 긴 적재판과 공공도로를 통합할 수 있는 마이크로 적재 버전을 개발하려는 시도가 있을 예정이나, 이는 국가 및 지역 행정 수준.
V2G 기술이 중단 없이 작동하고 네트워크 안정성의 이점을 제공하며 차량이 발전기 및 데이터 소스 역할을 할 수 있도록 하려면 무선 충전 기술이 차량 자체뿐만 아니라 가정 및 도시 인프라에도 통합되어야 합니다. 차량이 충전됩니다. 이렇게 하면 필요한 경우 차량을 매우 유용하게 사용할 수 있습니다.
자기공명 기술을 기반으로 한 무선 충전은 콘크리트, 아스팔트 등의 소재를 사용하여 소스 플레이트에 유연한 코일을 배치하여 전기 자동차의 종류와 크기에 관계없이 자동으로 안전하게 충전할 수 있습니다. 무선 전력을 사용하면 차량이 자율적으로 충전하고 사람의 개입 없이 지속적으로 여기 및 감쇠하는 V2G 기술을 구현할 수 있습니다(그림 4).
결론
광대역 반도체 기술과 디지털 네트워크 기능으로 구현되는 고속 충전소는 전기 자동차의 채택을 가속화하는 데 도움이 될 것입니다. 전 세계적으로 전기 자동차에 대한 수요가 증가함에 따라 충전 인프라 지원의 필요성도 증가하고 있습니다. 전기 자동차를 위한 혁신적인 충전 기술은 변화의 촉매제가 될 수 있고, 전기 자동차의 채택을 촉진하고, 탄소 배출량을 줄이는 목표에 크게 기여할 수 있습니다.
전기 자동차의 전력 전자 장치는 개선 요구 사항을 충족하기 위해 SiC 전력 장치로 강화됩니다. 시스템의 에너지 효율; 전기 자동차의 강도 및 출력 밀도; 고전압 및 전력을 필요로 하는 고전력 애플리케이션 - 따라서 시스템 성능 및 장기 신뢰성에 중요한 기여를 합니다. SiC MOSFET 및 SiC 쇼트키 배리어 다이오드(SBD)는 고주파에서 최고의 스위칭 효율을 보장합니다.