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三分钟入门EV,了解SiC如何助力未来发展

2019-10-09 15:15:37·  来源:罗姆半导体集团
   
EV是Electric Vehicle的缩写,也称为电动汽车。最初是电力驱动的交通工具的总称,但一般情况下仅指汽车。本文将通过与燃油车和混合动力车(以下简称HV,即Hybrid Vehicle的缩写)等进行比较来介绍EV的工作原理。EV的工作原理首先来介绍EV
EV是Electric Vehicle的缩写,也称为“电动汽车”。最初是电力驱动的交通工具的总称,但一般情况下仅指汽车。本文将通过与燃油车和混合动力车(以下简称“HV”,即Hybrid Vehicle的缩写)等进行比较来介绍EV的工作原理。



EV的工作原理

首先来介绍EV的工作原理。

三分钟入门EV,了解SiC如何助力未来发展1
EV主要有四大元素。

・将家用交流电源(AC)转换为直流电源(DC)的车载充电器

・存储充电电量用的电池

・控制来自电池的电力并将其输送至电机的逆变器

・将接收到的电力转换为动力的电机

传统的汽车大多数配备发动机,利用燃烧燃料产生的能量来行驶。而EV则使用电力和电机来代替发动机。

EV的优点有哪些?

EV的优点有很多,在这里从消费者的角度介绍其中一部分优点。

1)燃料成本低

EV使用电力代替汽油。在夜间充电电费更便宜,因此利用夜间充电可以使电费低于燃油费。例如,假设一个月行驶1,000km,EV与燃油车(设每升141日元)相比,可节省约7,000日元。


※ROHM参考多个网站自行计算的数据。

※1:电耗是表示电池每千瓦时(kWh)的“行驶距离/里程数”的指标。

※2:电费因签约的电力公司而异。

2)可享受减税和补贴政策(※截至2019年8月)

在日本,买车需要缴纳汽车购置税、汽车重量税、汽车税三种税金,而如果买EV(电动汽车),则可享受“环保车减税”和“绿色出行特例”相关的减税政策,而且,还具有完善的补贴制度。购买EV后,只要提交规定的文件即可享受称为“CEV(Clean Energy Vehicle,清洁能源汽车)补助金”的政府补贴。

另外,在海外,比如英国、法国、中国都在努力全国推广EV,都推出了各种相应的制度。比如,截至2016年,中国新能源车(NEV)的销售量达到33.6万台,根据车型可以从中央财政获得2.5万~30万元(40万~500万日元左右)的补贴,不仅如此,还可以享受地方政府的补贴制度。

3)环保

在汽车中,EV被归类为对地球环境友好的“新一代环保汽车”之一。由于它不排放任何含有二氧化碳和大气污染物质的废气,因而有助于防止全球变暖。

EV的缺点有哪些?

另一方面,有些问题也是消费者比较关注和担心的。

1)需要充电设备



作为日常使用的汽车,要使用EV就需要确保充电设备。当然也可以使用公共充电站,但基本上需要配备相应的设施,以便在最常用的停车场所——家中进行充电。

2)续航里程比燃油车短

EV的续航里程取决于所配置的电池容量。比如,有些EV的标称为充电一次可行驶约400km。

当然,日常使用或一日游等程度的话,充一次电应该没什么问题,但如果是长途驾驶,则需要注意避免电池电量耗尽问题。

3)车型少

与燃油车相比,EV的车型较少,可选的功能和设计有限。特别是在日本,普及率尚低,这种问题可能尤为显著。但是,在美国等国家,随着EV的普及,车型也随之丰富起来。

EV得以开发并普及的原因

虽然如今EV作为新一代汽车备受瞩目,但最初的电动汽车原型可以追溯到19世纪30年代。燃油车诞生于1880年左右,因此实际上EV的历史更为悠久。

EV得以真正地重新开发是在20世纪90年代,当时地球环境问题已经受到越来越多的关注。因EV使用环保的“绿色能源”,而且在开车完成日常生活需求的同时能为环保做出贡献而受到消费者的欢迎。

另外,在发生灾难时,EV还有望作为蓄电池(电源)发挥积极作用。例如,在地震引发的停电或需要紧急搬运等非常时期,使用EV的蓄电池可以驱动家电和医疗设备等。

EV与其他种类的汽车有什么区别?

接下来看一下与其他汽车相比之下EV的特点。



与燃油车的区别

EV与燃油车最大的区别是动力来源。EV使用电机,而燃油车则使用发动机。

此外,EV在运行成本方面的优势也很明显,比如燃料成本和税收较低等。而且,不会排放CO2这一点也是包括燃油车在内的其他汽车所没有的特色。不过,续航里程长、车型多则是燃油车的优势。

与混合动力车(HV)和插电式混合动力车(PHEV)的区别

融合了EV和燃油车的“长处”的是混合动力车(HV)和插电式混合动力车(以下简称“PHEV”,Plug-in Hybrid Electric Vehicle的缩写)。

与EV仅靠电机驱动相比,HV和PHEV采用的是发动机和电机混合驱动的工作机制。因此,也可以称之为“消除不充电而长距离行驶时可能发生的电池耗尽、续航里程短的担心”的汽车。

HV和PHEV之间有什么区别?

HV是配备发动机和电机的汽车。虽然其工作机制因车型而异,不过主要是启动时~中高速时使用电机,中高速~高速时使用发动机。由于不能从外部充电,因此用“融入了部分EV元素的燃油车”这样的表述可能更接近其特征。

PHEV不仅具有HV可从外部电源直接充电的功能,还延长了仅靠电力能够行驶的距离。在电池满电的情况下,靠电力行驶这一点与HV相同。

电动汽车的关键是SiC功率元器件

EV的销量与日俱增,但要想在未来更加普及,需要解决如何有效使用电力的问题。

解决该问题的“王牌”,就是用Si(硅)和C(碳)化合后的SiC(碳化硅)制造而成的“SiC功率元器件”。

SiC功率元器件是非常适合“有效转换功率”的电子产品,可用于EV的车载充电器和电池逆变器中。

SiC功率元器件的优点

采用SiC功率元器件的优点,主要是“高效化”和“小型化”。

作为示例,下面介绍一下在EV的逆变器中配置这种元器件时,每种优点是如何发挥作用的。

1)高效化:有助于改善电耗

为改变电机的转速,逆变器需要频繁地进行功率切换。SiC功率元器件可以降低此时产生的功率损耗,可有效地将电力转换为动力,故可延长相同电量的续航距离,从而可改善电耗性能。

2)小型化:有助于车体和驱动系统的小型化

如果提高了功率转换效率,则所产生的热量也会减少,故可大幅缩小以往所需的冷却机构等的尺寸,从而有望实现逆变器的显著小型化,这也有助于EV驱动系统和车体本身的小型化。

ROHM从2000年开始着手SiC功率元器件的基础研究,于2010年在日本国内首家实现了SiC肖特基势垒二极管(SBD)的量产,并于全球第一家将SiC MOSFET投入量产,ROHM始终在推进领先行业的技术开发。