成本：將效率轉(zhuǎn)化為節(jié)約

電池技術(shù)仍然非常昂貴，汽車(chē)制造商在選擇這些技術(shù)時(shí)，必須不斷地在范圍、重量和價(jià)格之間保持平衡。

電池效率對(duì)成本有直接的影響，因?yàn)槿绻隳芨行У厥褂矛F(xiàn)有的電池，你就可以增加電池的使用范圍，而不需要購(gòu)買(mǎi)更多的電池功率。高壓電池所需的電纜尺寸的減少也可以降低成本。

以電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)為例——為電機(jī)提供動(dòng)力的主要子系統(tǒng)。將動(dòng)力系統(tǒng)的效率提高0.1%，可以節(jié)省高達(dá)500美元的電池成本。新的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和高效的動(dòng)力系統(tǒng)解決方案可以對(duì)消費(fèi)者的汽車(chē)的總體成本產(chǎn)生巨大的影響。

汽車(chē)對(duì)電網(wǎng)(V2G)是另一項(xiàng)允許在家庭中充電的電動(dòng)汽車(chē)回饋電網(wǎng)的技術(shù)。V2G架構(gòu)并不將800-/900-V電池作為電網(wǎng)的備用存儲(chǔ)電池，并允許電動(dòng)汽車(chē)車(chē)主在將汽車(chē)電池轉(zhuǎn)換為電網(wǎng)陣列時(shí)節(jié)省資金?？纯措妱?dòng)汽車(chē)動(dòng)力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的內(nèi)部情況

顯著提高電力設(shè)備的范圍、性能和成本基本上可以歸結(jié)于電力設(shè)備的限制。展示了電動(dòng)汽車(chē)和主功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)組件的基本操作的方框圖。

車(chē)載充電器，可連接到外部交流/直流充電站

直流/直流轉(zhuǎn)換器，它將高壓電池直流轉(zhuǎn)換為低壓直流，用于內(nèi)部電子設(shè)備

主逆變器，將高壓電池直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電，為電機(jī)供電

讓我們仔細(xì)看看這些組件。

主逆變器是電動(dòng)汽車(chē)電力電子系統(tǒng)的核心。事實(shí)上，牽引逆變器動(dòng)力系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程、性能和成本的影響最大：動(dòng)力系統(tǒng)的效率越高，續(xù)航里程、性能和成本就越好。動(dòng)力傳動(dòng)系效率是逆變器和電機(jī)效率的結(jié)合。提高逆變器和電機(jī)效率可以顯著降低電機(jī)損耗。電機(jī)能量損失的最大原因是渦流，或由不斷變化的磁場(chǎng)在導(dǎo)體中形成的電流回路，以及不完美的正弦波交流輸入。更高的開(kāi)關(guān)頻率可以通過(guò)減少高次諧波引起的渦流損耗和提高正弦波輸入的質(zhì)量來(lái)進(jìn)一步降低損耗來(lái)解決這兩個(gè)問(wèn)題。

不斷發(fā)展的應(yīng)用程序需要新的解決方案

要真正改善電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程、性能和成本，需要采用新型電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。為了滿(mǎn)足不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求，電動(dòng)汽車(chē)制造商正在尋求利用最新的技術(shù)創(chuàng)新來(lái)推動(dòng)車(chē)輛設(shè)計(jì)。其中包括更高電壓的 800-/900-V 電池、提高車(chē)輛穩(wěn)健性的新要求(例如短路保護(hù))以及充分利用車(chē)輛電池的新電機(jī)設(shè)計(jì)。過(guò)去幾十年推動(dòng)消費(fèi)電子和工業(yè)電子產(chǎn)品爆炸式增長(zhǎng)的硅基電源技術(shù)已不足以滿(mǎn)足當(dāng)今的高級(jí)需求?，F(xiàn)代電動(dòng)汽車(chē)需要更先進(jìn)的功率半導(dǎo)體技術(shù)。

NexGen Power Systems：重塑電力電子

NexGen 是一家垂直整合的電力電子公司，基于垂直 GaN 技術(shù)在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域取得了根本性突破，這使該公司能夠基于其可擴(kuò)展、軟件可配置的電源平臺(tái)構(gòu)建下一代電源系統(tǒng)。

這一切都始于氮化鎵，在制造半導(dǎo)體方面，氮化鎵在本質(zhì)上優(yōu)于硅和碳化硅。NexGen 的垂直 GaN 半導(dǎo)體是世界上第一個(gè) GaN-on-GaN 解決方案。它們比基于硅的系統(tǒng)小 95%，并提供：

· 低開(kāi)關(guān)損耗

· 高開(kāi)關(guān)頻率

· 高能量密度

NexGen Vertical GaN 器件已證明自己是電動(dòng)汽車(chē)和其他應(yīng)用的選擇，具有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，例如：

· 對(duì)于給定的芯片面積，優(yōu)于任何其他 GaN 器件的擊穿電壓和電流能力

· 唯一可以提供 1.2 kV 及以上擊穿電壓的 GaN 技術(shù)

· 由于 NexGen eMode 器件技術(shù)的控制原理，沒(méi)有動(dòng)態(tài)導(dǎo)通電阻

· 降低 GaN-on-GaN 同質(zhì)外延層中的缺陷密度

· 顯著降低輸出電容，從而顯著降低開(kāi)關(guān)損耗并實(shí)現(xiàn)高開(kāi)關(guān)頻率

支持垂直 GaN 的電源非常適合電動(dòng)汽車(chē)中的高壓電力電子設(shè)備，可以通過(guò)減少電感器和電容器等無(wú)源元件來(lái)降低成本。由此產(chǎn)生的電源系統(tǒng)不僅更輕更小，而且更堅(jiān)固高效，非常適合具有尺寸和空間限制以及尖端效率和穩(wěn)健性要求的應(yīng)用。

NexGen 工程師正在與汽車(chē)制造商合作，開(kāi)發(fā)符合其獨(dú)特規(guī)格的 EV 電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。這些系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性和軟件可配置性，因此可以通過(guò)使用相同的核心架構(gòu)對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，以應(yīng)對(duì)汽車(chē)中的各種功率水平。該公司還為電動(dòng)汽車(chē)制造商提供垂直 GaN 晶體管，他們可以將這些晶體管放入他們專(zhuān)有的逆變器中。

在您的 EV 電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和逆變器中使用基于創(chuàng)新垂直 GaN 器件的最先進(jìn)電源系統(tǒng)，您可以在所有三個(gè)主要領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)改進(jìn)：續(xù)航里程、性能和成本。EV 中的電力電子設(shè)備將顯著提高效率，并為消費(fèi)者提供他們想要的駕駛體驗(yàn)。

產(chǎn)生全球影響

整體效率的提高也為產(chǎn)生更大的全球影響提供了重要機(jī)會(huì)。

一輛電動(dòng)汽車(chē)平均需要 30 千瓦時(shí)才能行駛 100英里。假設(shè)一輛典型的汽車(chē)每年平均行駛 13,500 英里，這相當(dāng)于一年的能源消耗量為 4,050 千瓦時(shí)。預(yù)計(jì)從 2025 年到 2030 年將售出 1.5 億輛電動(dòng)汽車(chē)。假設(shè)一輛汽車(chē)的典型保有期為 11 年，這些新車(chē)的耗電量估計(jì)約為 6.6 萬(wàn)億千瓦時(shí)。這些汽車(chē)的整體 EV 電力電子設(shè)備的效率提高 1% 相當(dāng)于節(jié)能 660 億千瓦時(shí)。這相當(dāng)于美國(guó)三分之一的國(guó)家森林固存的碳——或超過(guò)紐約市每年的能源消耗量。