今天，越來越多的家庭在購置新車時，傾向于選擇新能源電動汽車。根據(jù)公安部數(shù)據(jù)顯示：截至2024年6月底，中國新能源汽車保有量已達2472萬輛。新能源汽車市場進入高速發(fā)展期，有利于國家“雙碳”目標的達成，也促進了充電和儲能基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)與發(fā)展。新能源汽車對于能量高效、智能、安全的利用，也進一步促進了能源領(lǐng)域尤其是電能領(lǐng)域的良性發(fā)展。
與以往的“油車”相比，人們對電動汽車的用車模式與車輛在使用中所發(fā)揮的價值，都在潛移默化地發(fā)生著改變：車輛不再只是通勤的代步工具，而是成為集高效充電、能量轉(zhuǎn)換、行車用電和駐車外部設(shè)備供電等多維能力于一身的“能量中心”，為用戶帶來可靠、便捷、安全、愉悅的用車體驗，而這些成就的背后離不開豐富多樣的功率電子系統(tǒng)。
為掃除新能源汽車用戶的“里程焦慮”，確保車輛的能量就緒，充電設(shè)備逐漸成為住宅或者園區(qū)范圍內(nèi)非常重要的賦能保障基礎(chǔ)設(shè)施。與充電基礎(chǔ)設(shè)施相匹配的車載充電機OBC(On-Board Charger)，是安裝在新能源電動車內(nèi)的重要零部件，它將交流充電樁輸出的交流電轉(zhuǎn)化為高壓直流電，給整車高壓動力電池充電。
在功率電子系統(tǒng)的支持下，車載OBC除了保障為電動汽車高效、安全地完成充電過程，還會與車內(nèi)的BMS（電池管理系統(tǒng)）和車輛監(jiān)控系統(tǒng)進行通信和協(xié)作。
儲能：雙向DC-DC轉(zhuǎn)換實現(xiàn)更加出色的能源效率
隨著我們向數(shù)字化、分布式和脫碳能源基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展，電池儲能系統(tǒng)(BESS)正在成為可持續(xù)性和能源效率方面的重要組成部分。一個明顯的例子是在戶用儲能系統(tǒng)中，它能夠存儲太陽能和風能等間歇性能源產(chǎn)生的電能，并在需要時使用。
戶用儲能系統(tǒng)通常與太陽能電池板和電網(wǎng)電力結(jié)合使用，對電動汽車和家用設(shè)備提供穩(wěn)定的供電，尤其是電動汽車除了采用OBC車載充電機之外，也可以繞過OBC由電池儲能系統(tǒng)為電動汽車的電池組進行直流充電。與此同時，電池儲能系統(tǒng)的持續(xù)演進，也加大和提升了對更高效、更可靠功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的需求，其中最主要的組件之一就是DC-DC轉(zhuǎn)換器。
在使用電池儲能系統(tǒng)為電動汽車提供直流充電等應(yīng)用場景下，DC-DC轉(zhuǎn)換器經(jīng)常依需求被用于降低高DC總線電壓，或者為電池充電系統(tǒng)提供中間隔離。相移全橋（Phase Shift Full Bridge，PSFB）電路因其能夠在超結(jié)Superjunction MOSFET（SJ MOSFET）和IGBT等開關(guān)元件導通時能實現(xiàn)零電壓開關(guān)（Zero Voltage Switching，ZVS）工作狀態(tài)，可以減少開關(guān)損耗，從而適合處理更大的功率。
大聯(lián)大旗下品佳集團基于Infineon XMC4200并搭配最新CFD7系列MOSFET，提供了領(lǐng)先的3.3KW高功率密度雙向相移全橋方案，可實現(xiàn)4.34W/cm³（71.19 W/in³）的功率密度，證明了PSFB拓撲可以用作雙向DC/DC階段，并且在不改變傳統(tǒng)拓撲標準或構(gòu)造的情況下，就能充分發(fā)揮相移全橋PSFB的優(yōu)點，在開關(guān)元件導通時實現(xiàn)ZVS工作狀態(tài)，減少開關(guān)損耗，在支持高功率密度的同時實現(xiàn)出色的能源效率。通過將表面貼裝器件 (SMD) 封裝中的一流 600V CoolMOS™ CFD7與150V OptiMOS™ 5同步整流器結(jié)合使用，該方案可為DC-DC轉(zhuǎn)換實現(xiàn)出色的98%降壓效率和97%升壓效率。憑借這些半導體技術(shù)的出色性能、完整SMD解決方案的創(chuàng)新冷卻概念以及堆疊磁性結(jié)構(gòu)，該方案將幫助儲能系統(tǒng)實現(xiàn)十分理想的功率密度。
行車用電：BMS確保電池組高水平運轉(zhuǎn)
在電動汽車行駛驅(qū)動以及向諸多輔助系統(tǒng)供電過程中，需要有卓越的電源/電池管理芯片進行靈活高效的監(jiān)測與控制。電池管理系統(tǒng) (BMS) 可以監(jiān)測電池和可能產(chǎn)生的故障情況，防止電池出現(xiàn)性能下降、容量衰減，甚至可能危害用戶或周圍環(huán)境的情況。BMS同時負責提供精確的電池充電狀態(tài) (SOC) 和健康狀況 (SOH) 估計，以確保在電池的整個生命周期內(nèi)提供豐富的信息以及安全的用戶體驗。設(shè)計恰當?shù)腂MS系統(tǒng)，不僅就安全而言至關(guān)重要，也是提升用戶滿意度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
完整BMS的主要結(jié)構(gòu)，通常由前端、后端兩個部分組成：前端模擬測量保護電路（AFE），包括電池電壓轉(zhuǎn)換與測量電路、電池平衡驅(qū)動電路、通信電路；后端是微控制器(MCU)和電量計。電量計可以是獨立的IC，也可以嵌入在MCU中。MCU是BMS的核心元件，在與系統(tǒng)其余部分連接的同時，從AFE和電量計獲取信息和數(shù)據(jù)，并做出系統(tǒng)的控制行為。
大聯(lián)大旗下世平集團基于NXP MC33774產(chǎn)品所提供的多節(jié)電池組監(jiān)控芯片（BMS AFE 芯片）解決方案，具備高串數(shù)和多節(jié)點級聯(lián)等特點，使其非常適合應(yīng)用在高電壓系統(tǒng)環(huán)境，包括保障電池組的健康狀態(tài)，給出精準的電量預(yù)測等。MC33774方案在諸多方面皆表現(xiàn)優(yōu)異：支持4~18 串電池，電源耐壓高達94V；電池電壓的檢測精度為0.8mV，總測量誤差(TME)小于1.5mV (全溫度范圍)，適用于大多數(shù)化學電池；板上有3組MC33774模塊，支持菊花鏈雙向通信，每個模塊電容隔離，并且支持多板級聯(lián)，板間變壓器隔離可實現(xiàn) 800V 高壓甚至更高電壓；軟件采用 FreeRTOS 實時操作系統(tǒng)，支持底層驅(qū)動以及SL/SAF驅(qū)動，支持IEC 61508的質(zhì)量/安全代碼包；滿足功能安全IEC 61508 SIL-2和IEC 60730 Class B的需求。
大聯(lián)大旗下友尚集團基于ST的STM32G431為控制MCU、MP2797為AFE為模擬前端所提供的BMS方案，其中的MCU是基于高性能ARM®Cortex®-M4 32位RISC內(nèi)核，工作頻率高達170MHz。此方案中的AFE 部分則采用 MP2797，可連接7至16節(jié)串聯(lián)電池組。MP2797 還集成了兩個獨立的模數(shù)變換器（ADC）。第一個 ADC 測量每個通道的差分電池電壓（最多 16 個通道）、芯片溫度和 4 通道溫度，第二個 ADC 通過外部電流采樣電阻測量充電/放電電流。該器件具有高端驅(qū)動器和可靠的保護功能，包括過流、短路、欠壓、過壓和低溫/高溫保護。同時，MP2797的每個電芯都具有電壓電流同步功能，通過搭配MPS電壓電流混合算法的電量計芯片MPF4279x使用，能準確地預(yù)估儲能電池的剩余電量（SOC）和健康狀態(tài)（SOH）。此外，該BMS方案的后級可增加逆變電源模塊，戶外或停電時可作為移動電源使用。
世平和友尚各自提供的BMS解決方案，除了用于汽車電子的電池/電源管理應(yīng)用之外，因其領(lǐng)先的性能和優(yōu)勢，也可以擴展應(yīng)用于能源儲能系統(tǒng)和工業(yè)制造領(lǐng)域。
駐車用電：V2L驅(qū)動外設(shè)或數(shù)碼產(chǎn)品的電力應(yīng)用
電動汽車和傳統(tǒng)的汽油發(fā)送機汽車相比，能夠支持用戶的更多電器設(shè)備供電，例如影音娛樂數(shù)碼產(chǎn)品、咖啡機、燈光照明、電動自行車/滑行車等，這就使得電動汽車能夠在駐車狀態(tài)下更好地滿足用戶的任務(wù)需求，從而獲得進一步提升的使用體驗——V2L（Vehicle to Load）。所謂V2L，指的是新能源汽車對負載放電，又稱為車載能源到電器，很多車企將其宣傳為移動電站功能或者營地供電模式等。據(jù)稱V2L 是目前使用頻率最高、車輛搭載數(shù)量最多的外放電類型應(yīng)用。
試想一下，電動汽車停駐在營地后，可以在充放電控制解決方案支持下，以車輛作為能量中心，實現(xiàn)靈活多變的營地模式應(yīng)用，例如變成數(shù)碼影院、咖啡餐吧或者音樂燈光秀場，這一定會讓車主和家人們的郊游露營變得更加有趣和難忘。
大聯(lián)大旗下詮鼎集團基于Innosicence 48V/120A BMS評估板并采用100V雙向?qū)?VGaN 器件，實現(xiàn)了性能優(yōu)異的充放電控制與保護解決方案。VGaN INV100FQ030C新型功率器件支持雙向?qū)?截止，導通電阻僅為 100V/3.2mΩ，同時具備無反向恢復(fù)、超低柵極電荷等特性。在BMS應(yīng)用中，當系統(tǒng)需要正常充電或者正常放電時，可以將VGaN完全打開，實現(xiàn)系統(tǒng)充電或者放電；當系統(tǒng)需要充電保護或者放電保護時，VGaN可實現(xiàn)系統(tǒng)充電關(guān)斷或者放電關(guān)斷，同時利用VGaN的“體二極管”特性，電路可以實現(xiàn)充電保護后放電，或者放電保護后充電。因為采用WBG寬禁帶技術(shù)，在同等100A負載電流情況下，VGaN與SiMOS相比器件使用數(shù)量減少一半以上，從而大幅減少PCB占板面積，降低系統(tǒng)成本，還在熱性能上優(yōu)勢顯著。
隨著新能源電動汽車在用量規(guī)模上的快速增長和在應(yīng)用水平上的不斷精進，如今的電動汽車不僅極大豐富了能夠為人們的工作和生活，還帶來了與以往燃油汽車截然不同的體驗與優(yōu)勢。在此趨勢下，用戶的愛車已經(jīng)從單純的通勤代步交通工具，演變成在交直/直直充電、雙向儲能、電源/電池管理和營地供電等各個環(huán)節(jié)都表現(xiàn)卓越的一體化能量中心。
大聯(lián)大及旗下世平、品佳、詮鼎、友尚四個主要集團基于創(chuàng)新的技術(shù)平臺、豐富的設(shè)計資源和卓越的設(shè)計團隊，構(gòu)建了一個全面且創(chuàng)新的技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括了大聯(lián)大自研開發(fā)的解決方案、原廠解決方案和行業(yè)優(yōu)質(zhì)伙伴合作開發(fā)的先進方案，旨在滿足新能源電動汽車系統(tǒng)客戶在能量功率應(yīng)用方面的多樣化、特色化、定制化需求，并向他們提供技術(shù)領(lǐng)先、功能豐富的功率半導體產(chǎn)品與解決方案。這些卓越的解決方案在推動電動汽車的價值定位向“一體化能量中心”的轉(zhuǎn)變過程中，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，確保電動汽車一旦投入使用，便能實現(xiàn)電力能量在車輛內(nèi)部的高效、可靠且安全的持續(xù)流轉(zhuǎn)，猶如一股股澎湃的動力源泉，促使汽車成為集出行、儲能、智能互聯(lián)于一體的未來移動生活新平臺。（轉(zhuǎn)載 儲能網(wǎng)）
