中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：今天，越來越多的家庭在購(gòu)置新車時(shí)，傾向于選擇新能源電動(dòng)汽車。根據(jù)公安部數(shù)據(jù)顯示：截至2024年6月底，中國(guó)新能源汽車保有量已達(dá)2472萬輛。新能源汽車市場(chǎng)進(jìn)入高速發(fā)展期，有利于國(guó)家“雙碳”目標(biāo)的達(dá)成，也促進(jìn)了充電和儲(chǔ)能基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)與發(fā)展。新能源汽車對(duì)于能量高效、智能、安全的利用，也進(jìn)一步促進(jìn)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(duì)電動(dòng)汽車的用車模式與車輛在使用中所發(fā)揮的價(jià)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(yàn)，而這些成就的背后離不開豐富多樣的功率電子系統(tǒng)。
充電：讓OBC完成高效、安全的充電過程
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(jī)OBC(On-Board Charger)，是安裝在新能源電動(dòng)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(dòng)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(dòng)汽車高效、安全地完成充電過程，還會(huì)與車內(nèi)的BMS（電池管理系統(tǒng)）和車輛監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信和協(xié)作。
儲(chǔ)能：雙向DC-DC轉(zhuǎn)換實(shí)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(chǔ)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(gè)明顯的例子是在戶用儲(chǔ)能系統(tǒng)中，它能夠存儲(chǔ)太陽能和風(fēng)能等間歇性能源產(chǎn)生的電能，并在需要時(shí)使用。
戶用儲(chǔ)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(duì)電動(dòng)汽車和家用設(shè)備提供穩(wěn)定的供電，尤其是電動(dòng)汽車除了采用OBC車載充電機(jī)之外，也可以由電池儲(chǔ)能系統(tǒng)為電動(dòng)汽車的電池組進(jìn)行直流充電。與此同時(shí)，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的持續(xù)演進(jìn)，也加大和提升了對(duì)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(chǔ)能系統(tǒng)為電動(dòng)汽車提供直流充電等應(yīng)用場(chǎng)景下，DC-DC轉(zhuǎn)換器經(jīng)常用于降低高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(dǎo)通時(shí)能實(shí)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。
圖注：采用PSFB相移全橋的DC-DC轉(zhuǎn)換解決方案
大聯(lián)大旗下品佳集團(tuán)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(shí)現(xiàn)4.34W/cm3（71.19 W/in3）的功率密度，證明了PSFB拓?fù)淇梢杂米麟p向DC/DC階段，并且在不改變傳統(tǒng)拓?fù)錁?biāo)準(zhǔn)或構(gòu)造的情況下，就能充分發(fā)揮相移全橋PSFB的優(yōu)點(diǎn)，在開關(guān)元件導(dǎo)通時(shí)實(shí)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(shí)實(shí)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(shí)現(xiàn)出色的98%降壓效率和97%升壓效率。憑借這些半導(dǎo)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(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)十分理想的功率密度。（更多解決方案詳情請(qǐng)瀏覽：
https://www.wpgdadatong.com.cn/solution/detail/72715）
行車用電：BMS確保電池組高水平運(yùn)轉(zhuǎn)
在電動(dòng)汽車行駛驅(qū)動(dòng)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(jìn)行靈活高效的監(jiān)測(cè)與控制。電池管理系統(tǒng) (BMS) 可以監(jiān)測(cè)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(shí)負(fù)責(zé)提供精確的電池充電狀態(tài) (SOC) 和健康狀況 (SOH) 估計(jì)，以確保在電池的整個(gè)生命周期內(nèi)提供豐富的信息以及安全的用戶體驗(yàn)。設(shè)計(jì)恰當(dāng)?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(gè)部分組成：前端模擬測(cè)量保護(hù)電路（AFE），包括電池電壓轉(zhuǎn)換與測(cè)量電路、電池平衡驅(qū)動(dòng)電路、通信電路；后端是微控制器(MCU)和電量計(jì)。電量計(jì)可以是獨(dú)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(shí)，從AFE和電量計(jì)獲取信息和數(shù)據(jù)，并做出系統(tǒng)的控制行為。
圖注：在針對(duì)800V的BMS方案中，模擬前端電路中的 CMU 板用于采集電池的電壓、溫度和壓力，一塊 CMU 板上使用 3 顆 MC33774。
大聯(lián)大旗下世平集團(tuán)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?dāng)?shù)和多節(jié)點(diǎn)級(jí)聯(lián)等特點(diǎn)，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(zhǔn)的電量預(yù)測(cè)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(dá)94V；電池電壓的檢測(cè)精度為0.8mV，總測(cè)量誤差(TME)小于1.5mV (全溫度范圍)，適用于大多數(shù)化學(xué)電池；板上有3組MC33774模塊，支持菊花鏈雙向通信，每個(gè)模塊電容隔離，并且支持多板級(jí)聯(lián)，板間變壓器隔離可實(shí)現(xiàn) 800V 高壓甚至更高電壓；軟件采用 FreeRTOS 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，支持底層驅(qū)動(dòng)以及SL/SAF驅(qū)動(dòng)，支持IEC 61508的質(zhì)量/安全代碼包；滿足功能安全I(xiàn)EC 61508 SIL-2和IEC 60730 Class B的需求。（更多解決方案詳情請(qǐng)瀏覽：https://www.wpgdadatong.com.cn/blog/detail/75309）
圖注：以STM32G431為控制MCU，MP2797為AFE為模擬前端的BMS方案
大聯(lián)大旗下友尚集團(tuán)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(dá)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(gè)獨(dú)立的模數(shù)變換器（ADC）。第一個(gè) ADC 測(cè)量每個(gè)通道的差分電池電壓（最多 16 個(gè)通道）、芯片溫度和 4 通道溫度，第二個(gè) ADC 通過外部電流采樣電阻測(cè)量充電/放電電流。該器件具有高端驅(qū)動(dòng)器和可靠的保護(hù)功能，包括過流、短路、欠壓、過壓和低溫/高溫保護(hù)。同時(shí)，MP2797的每個(gè)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(jì)芯片MPF4279x使用，能準(zhǔn)確地預(yù)估儲(chǔ)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(jí)可增加逆變電源模塊，戶外或停電時(shí)可作為移動(dòng)電源使用。（更多解決方案詳情請(qǐng)瀏覽：https://www.wpgdadatong.com.cn/solution/detail/73641）
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(shì)，也可以擴(kuò)展應(yīng)用于能源儲(chǔ)能系統(tǒng)和工業(yè)制造領(lǐng)域。
駐車用電：V2L驅(qū)動(dòng)外設(shè)或數(shù)碼產(chǎn)品的電力應(yīng)用
電動(dòng)汽車和傳統(tǒng)的汽油發(fā)送機(jī)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(jī)、燈光照明、電動(dòng)自行車/滑行車等，這就使得電動(dòng)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(jìn)一步提升的使用體驗(yàn)——V2L（Vehicle to Load）。所謂V2L，指的是新能源汽車對(duì)負(fù)載放電，又稱為車載能源到電器，很多車企將其宣傳為移動(dòng)電站功能或者營(yíng)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(dòng)汽車停駐在營(yíng)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(shí)現(xiàn)靈活多變的營(yíng)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(chǎng)，這一定會(huì)讓車主和家人們的郊游露營(yíng)變得更加有趣和難忘。
圖注：在48V/120A BMS評(píng)估板上，采用100V雙向?qū)?VGaN 器件實(shí)現(xiàn)充放電控制與保護(hù)解決方案
大聯(lián)大旗下詮鼎集團(tuán)基于Innosicence 48V/120A BMS評(píng)估板并采用100V雙向?qū)?VGaN 器件，實(shí)現(xiàn)了性能優(yōu)異的充放電控制與保護(hù)解決方案。VGaN INV100FQ030C新型功率器件支持雙向?qū)?截止，導(dǎo)通電阻僅為 100V/3.2mΩ，同時(shí)具備無反向恢復(fù)、超低柵極電荷等特性。在BMS應(yīng)用中，當(dāng)系統(tǒng)需要正常充電或者正常放電時(shí)，可以將VGaN完全打開，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)充電或者放電；當(dāng)系統(tǒng)需要充電保護(hù)或者放電保護(hù)時(shí)，VGaN可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)充電關(guān)斷或者放電關(guān)斷，同時(shí)利用VGaN的“體二極管”特性，電路可以實(shí)現(xiàn)充電保護(hù)后放電，或者放電保護(hù)后充電。因?yàn)椴捎肳BG寬禁帶技術(shù)，在同等100A負(fù)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(shì)顯著。（更多解決方案詳情請(qǐng)瀏覽：https://www.wpgdadatong.com.cn/solution/detail/74164）
結(jié)語
隨著新能源電動(dòng)汽車在用量規(guī)模上的快速增長(zhǎng)和在應(yīng)用水平上的不斷精進(jìn)，如今的電動(dòng)汽車不僅極大豐富了能夠?yàn)槿藗兊墓ぷ骱蜕?，還帶來了與以往燃油汽車截然不同的體驗(yàn)與優(yōu)勢(shì)。在此趨勢(shì)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(chǔ)能、電源/電池管理和營(yíng)地供電等各個(gè)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(gè)主要集團(tuán)基于創(chuàng)新的技術(shù)平臺(tái)、豐富的設(shè)計(jì)資源和卓越的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，構(gòu)建了一個(gè)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(jìn)方案，旨在滿足新能源電動(dòng)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(dǎo)體產(chǎn)品與解決方案。這些卓越的解決方案在推動(dòng)電動(dòng)汽車的價(jià)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(dòng)汽車一旦投入使用，便能實(shí)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(dòng)力源泉，促使汽車成為集出行、儲(chǔ)能、智能互聯(lián)于一體的未來移動(dòng)生活新平臺(tái)。
