【導讀】本文將從二氧化碳減排、未來(lái)動(dòng)力總成的技術(shù)驅動(dòng)因素等角度對商用車(chē)進(jìn)行討論，并探討了基于碳化硅（SiC）的現代半導體器件，這些器件可以實(shí)現外形更小、效率更高和功能更強大的轉換器。在商用車(chē)領(lǐng)域，與乘用車(chē)相比，由于驅動(dòng)架構不同，這個(gè)領(lǐng)域并沒(méi)有一個(gè)通用的解決方案適用于所有情況。
圖1：與乘用車(chē)領(lǐng)域一樣，商用車(chē)領(lǐng)域也在向傳動(dòng)系統電氣化邁進(jìn)
01 商用車(chē)電機的優(yōu)勢與挑戰
世界各地為減少交通運輸中溫室氣體和污染物排放而制定的排放標準，使電力驅動(dòng)開(kāi)始嶄露頭角。除了乘用車(chē)外，越來(lái)越多的商用車(chē)（例如：卡車(chē)、公共汽車(chē)、貨車(chē)或農用車(chē)和建筑車(chē)）也開(kāi)始采用電力驅動(dòng)。相比過(guò)去的內燃機車(chē)，電動(dòng)商用車(chē)更環(huán)保、更安靜，也更高效；在擁有成本、維護和故障方面，對車(chē)主和運營(yíng)商也更具吸引力?？梢詭?lái)更高的生產(chǎn)率和更佳的投資回報。
電機的一個(gè)主要優(yōu)勢是效率高。內燃機的效率變化很大，特別是在可變負載或部分負載的情況下。在極端情況下，效率甚至可能降至15%或更低。電機的效率并不取決于其工作點(diǎn)。在相同的工作條件下，構成電力驅動(dòng)系統的電機和逆變器可以實(shí)現更高的效率水平。電力傳動(dòng)系統在最佳狀態(tài)下可以達到80%以上的效率。電力傳動(dòng)系統之所以能夠實(shí)現這一點(diǎn)，是因為其功率電子器件本身可以達到高達85%的效率水平。
在設計或選擇逆變器時(shí)，需要考慮的重要因素包括功率密度、可靠性、穩健性、效率和安全性。另外，特別是在商用車(chē)領(lǐng)域，還必須考慮嚴酷的工作條件對總預期壽命的長(cháng)期影響。通常而言，這些條件比乘用車(chē)面臨的條件要嚴峻得多。要根據這些標準開(kāi)發(fā)逆變器，需要具備深厚的應用知識，以及涵蓋功率和驅動(dòng)器模塊、傳感器和微控制器的半導體產(chǎn)品組合，如圖2的系統圖所示。
圖2：系統示意圖——商用車(chē)驅動(dòng)逆變器
02 碳化硅（SiC）——商用車(chē)領(lǐng)域的新機遇
相比乘用車(chē)，商用車(chē)需要更長(cháng)的續航里程和電池壽命。由于電池占用了較大的安裝空間，因此商用車(chē)需要使用高效的功率電子產(chǎn)品。這種功率電子產(chǎn)品不僅可以構建更高效的牽引變流器，還可以在小型應用中實(shí)現節能。這些小型應用包括液壓泵、空調和制冷裝置的壓縮機，以及車(chē)載充電器。
圖3：SiC晶圓MOSFET的俯視圖
碳化硅（SiC）器件在這些應用中帶來(lái)了顯著(zhù)的改進(jìn)。通常來(lái)說(shuō)，在相同負載情況下，SiC技術(shù)比功率MOSFET和IGBT的損耗更低。這意味著(zhù)該技術(shù)可以提高開(kāi)關(guān)和載流效率，這些優(yōu)勢在較高的中間電路電壓下大有可為。由于這些特性，SiC半導體特別適用于電池電壓和總儲能容量更高的電動(dòng)汽車(chē)。由于SiC器件還能夠在更高的電壓下工作，因此可以實(shí)現車(chē)載充電解決方案，從而縮短充電時(shí)間，并降低總損耗。
在傳動(dòng)系統中，用于控制電力牽引電機的逆變器是一個(gè)典型的集中式系統。從效率的角度來(lái)看，這些系統可以通過(guò)使用SiC器件而獲益。逆變器的核心功能是將直流電壓轉換為三相交流電壓，用于驅動(dòng)電機。它們還會(huì )在再生制動(dòng)期間反向運行，捕獲車(chē)輛的動(dòng)能，以產(chǎn)生用于為車(chē)輛電池充電的直流電壓。只有當能量轉換的固有損耗較低時(shí)，系統的效率才能最大化。與傳統的硅技術(shù)相比，SiC器件的導電性有所改善，從而減少了這些轉換損耗（其中很大一部分損耗以熱量的形式存在）。提高SiC逆變器的效率，有助于最大限度地延長(cháng)電動(dòng)汽車(chē)的續航里程，從而更有效地利用有限的電池容量。除了效率方面的優(yōu)勢外，基于SiC器件的逆變器還具有更高的功率密度。這意味著(zhù)SiC逆變器可以變得更小，占用的安裝空間也更少。
圖4：用碳化硅實(shí)現了更高的功率密度
為了滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)功率電子系統日益增長(cháng)的效率與功率密度提升需求，研究碳化硅器件將大有裨益。與硅基器件相比，SiC-MOSFET具有更低的損耗、更高的開(kāi)關(guān)頻率，以及更高的功率密度。
英飛凌擁有豐富的產(chǎn)品組合，可供商用車(chē)使用：除了卡車(chē)與公共汽車(chē)，還包括商用、建筑和農用車(chē)輛（CAV）細分市場(chǎng)中的貨車(chē)、農用機械以及建筑行業(yè)的商用車(chē)。
英飛凌商用，建筑，農用車(chē)輛eCAV解決方案全覽
近 年 來(lái) ， 隨 著(zhù) 供 應 鏈 整 合 的 趨 勢 不 斷 加 強 ， 各 原 始 設 備 制 造 商 （ O E M ） 之 間 的 合 作 方 式 正 在 發(fā) 生 深 刻 的 變 革 。過(guò) 去 ， O E M 通 常 需 要 與 多 個(gè) 供 應 商 協(xié) 商 部 件 采 購 、 系 統 開(kāi) 發(fā) 和 產(chǎn) 品 生 產(chǎn) ， 這 往 往 導 致 復 雜 的 合 作 關(guān) 系 和 資 源 浪 費 。然而， 如 今 的 趨 勢 是 ， O E M 直 接 購 買(mǎi) 所 需 的 部 件 和 技 術(shù) ， 共 同 進(jìn) 行 創(chuàng ) 新 和 開(kāi) 發(fā) ， 以 實(shí) 現 供 應 鏈 的 簡(jiǎn) 化 和 優(yōu) 化 。
新 的 供 應 鏈 整 合 商 業(yè) 模 式 帶 來(lái) 了 許 多 顯 著(zhù) 的 好 處 ， 其 中 之 一 是 客 戶(hù) 能 夠 更 早 地 享 受 到 創(chuàng ) 新 的 S i C （ 碳 化 硅 ） 技 術(shù) 。傳 統 的 供 應 鏈 模 式 可 能 需 要 較 長(cháng) 時(shí) 間 才 能 將 S i C 技 術(shù) 應 用 到 O E M 的 產(chǎn) 品 中 ， 但 通 過(guò) 直 接 從 英 ? 凌 購 買(mǎi) 所 需 的 部 件 ， 客 戶(hù) 可 以 更 快 地 獲 得 S i C 創(chuàng ) 新 ， 并 將 其 應 用 于 系 統 設 計 中 。
第 二 ， 這 種 供 應 鏈 整 合 模 式 可 以 確 保 所 提 供 的 系 統 完 全 符 合 O E M 的 需 求 。傳 統 的 供 應 鏈 模 式 可 能 導 致 信 息 傳 遞 和 理 解 上 的 偏 差 ， 從 而 影 響 最 終 產(chǎn) 品 的 質(zhì) 量 和 性 能 。然 而 新 商 業(yè) 模 式 ， 使 O E M 可 以 更 好 地 溝 通 和 協(xié) 調 ， 確 保 所 購 買(mǎi) 的 部 件 和 技 術(shù) 完 全 符 合 需 求 ， 并 且 能 夠 與 其 它 系 統 無(wú) 縫 集 成 。
最 后 ， 是 擁 有 更 高 的 設 計 自 由 度 。傳 統 的 供 應 鏈 模 式 可 能 受 限 于 特 定 供 應 商 提 供 的 部 件 和 技 術(shù) 選 擇 ， 從 而 限 制 了 系 統 設 計 的 創(chuàng ) 新 性 和 靈 活 性 。在 英 飛 凌 ， 客 戶(hù) 可 以 獲 得 更 廣 泛 的 選 擇 ， 可 以 自 由 地 根 據 自 己 的 需 求 進(jìn) 行 設 計 ， 并 實(shí) 現 更 具 競 爭 力 的 產(chǎn) 品 。
英?凌 eCAVs 解決?案
01 安全與ADAS解決?案
02 充電與儲能
03 高壓應用
04 24V車(chē)身應用
05 燃料電池解決方案
01 安全與ADAS解決方案 - 最佳車(chē)輛安全性、生產(chǎn)率和能效
英 飛凌 可 擴 展 的 C A V 專(zhuān) 用 解 決 方 案 可 實(shí) 現無(wú)縫 數 據 集 成 、 準 確 的 診 斷 和 先 進(jìn) 的 控 制 ， 使 您 能 夠 應 對 三 大 趨 勢 ：二氧 化 碳 減 排 、 即 將 到 來(lái) 的 3 級 和 4 級 自 動(dòng) 駕 駛 以 及 降 低 保 險 成 本 。
● 適用于 24V 商用車(chē)輛電動(dòng)助力轉向系統(EPS)
● 適用于 24V 商用車(chē)輛的故障后可操作電動(dòng)助力轉向系統(EPS)
● 24 GHz 雷達
● 多用途攝像頭
● 主配電中心
02 充電與儲能 - 最廣泛和可擴展的電動(dòng)汽車(chē)充電產(chǎn)品組合
英 ? 凌 提 供 無(wú) 縫 充 電 體 驗 ， 釋 放 最 佳 電 池性 能 、 同 時(shí) 滿(mǎn) 足 對 ? 功 率 密 度 、 低 系 統 成本 和 耐 用 性 的 嚴 格 要 求 。
我 們 的 C A V 專(zhuān) 用 車(chē) 載 充 電 器 （ O B C ） 支 持可 靠 的 4 3 千 瓦 快 速 充 電 ， 使 用 壽 命 可 延 長(cháng) 至 1 5 0 萬(wàn) 公 里 ， 并 具 有 高 度 可 擴 展 性 。結合 我 們 的 車(chē) 載 電 池 管 理 系 統 （ B M S ） ， 可對 電 池 進(jìn) 行 精 確 監 控 、 保 護 和 優(yōu) 化 。
此 外 ， 通 過(guò) 我 們 高 達 3 . 5 兆 瓦 的 可 擴 展 直 流 車(chē) 外 充 電 以 及 感 應 式 和 諧 振 式 無(wú) 線(xiàn) 充 電 系統 、 英 飛 凌 使 充 電 基 礎 設 施 能 夠 滿(mǎn) 足 商 業(yè)需 求 并 適 應 未 來(lái) 的 擴 展 。
● 車(chē)載電池充電器
● 汽車(chē)電池管理系統 (BMS)
● 電池斷電保護裝置
● 50 kW 至 350 kW 充電器
● 無(wú)線(xiàn)充電
03 高壓應用 - 高效緊湊的一體化系統解決方案
英 飛 凌 提 供 可 靠 、 可 擴 展 的 C A V 專(zhuān) 用 高 壓 產(chǎn) 品 組 合 ， 支 持 各 種 電 機 類(lèi) 型 和 8 0 0 V 及以 上 的 電 池 電 壓 。幫 助 您 降 低 總 擁 有 成本 ， 縮 短 產(chǎn) 品 上 市 時(shí) 間 。
我 們 可 在 車(chē) 內 實(shí) 現 無(wú) 縫 電 源 管 理 和 分 配 。高 效 電 源 模 塊 和 分 立 解 決 方 案 還 可 促 進(jìn) ?壓 和 低 壓 子 網(wǎng) 絡(luò ) 之 間 的 高 效 雙 向 能 量 流 。
憑 借 在 S i - I G B T 和 S i C 領(lǐng) 域 的 專(zhuān) 業(yè) 知 識 ， 從微 控 制 器 到 精 確 的 傳 感 器 和 功 能 強 大 的 開(kāi)關(guān) ， 英 飛 凌 的 可 擴 展 解 決 方 案 可 確 保 最 佳的 效 率 、 安 全 性 、 穩 健 性 和 更 長(cháng) 的 電 池 壽命 。
● 適用于商用車(chē)輛的動(dòng)力總成逆變器
● 電動(dòng)汽車(chē)熱管理
● 高壓-低壓 直流-直流 轉換器
● 適用于商用車(chē)輛的輔助應用
04 24V車(chē)身應用 - 高度集成的功能和可擴展的解決方案
以 更 小 的 電 路 板 空 間 實(shí) 現 商 用 車(chē) 不 斷 擴 展的 功 能 、 實(shí) 現 更 低 的 設 計 成 本 ， 釋 放 C A V的 全 部 潛 能 。我 們 的 2 4 V 車(chē) 身 E C U 綜 合 解決 方 案 最 大 限 度 地 提 高 了 設 計 靈 活 性 、 將卓 越 的 診 斷 和 保 護 功 能 與 " Limp Home"功能安全概念集成在一塊電路板上，最大限度地提高了設計靈活性。
無(wú) 論 是 無(wú) 刷 、 有 刷 還 是 單 向 直 流 電 機 ， 英飛 凌 的 低 壓 電 機 控 制 單 元 均 可 提 供 高 效 的低 壓 電 機 控 制 單 元 為 1 2 V 和 2 4 V 系 統 提 供 ?效 、 集 成 和 分 立 的 電 機 控 制 ， 當 然 還 配 備了 診 斷 保 護 功 能 。
與 英 飛 凌 的 液 壓 和 氣 動(dòng) 閥 門(mén) 控 制 系 統 搭 配使 用 ， 我 們 廣 泛 的 閥 體 應 用 范 圍 可 確 保 精度 ， 與 英 飛 凌 液 壓 和 氣 動(dòng) 閥 門(mén) 控 制 系 統 配合 使 用 ， 我 們 的 閥 體 應 用 范 圍 廣 泛 ， 可 確保 在 惡 劣 環(huán) 境 下 的 精 度 、 堅 固 性 和 適 應性 ， 同 時(shí) 具 有 成 本 效 益 。
● 24 V 車(chē)身控制模塊 (BCM)
● 低壓電機控制
● 閥門(mén)控制
05 燃料電池解決方案
英 飛 凌 以 我 們 的 專(zhuān) 業(yè) 知 識 為 下 ? 代 燃 料 電池 電 動(dòng) 汽 車(chē) 動(dòng) 力 傳 動(dòng) 系 統 提 供 支 持 、 合 作伙 伴 網(wǎng) 絡(luò ) 和 ? 站 式 服 務(wù) 支 持 下 ? 代 燃 料 電池 電 動(dòng) 汽 車(chē) 動(dòng) 力 傳 動(dòng) 系 統 ， 優(yōu) 化 系 統 效率 、 規 模 經(jīng) 濟 性 和 上 市 時(shí) 間 。
氫 燃 料 電 池 堆 是 電 動(dòng) 汽 車(chē) 燃 料 電 池 技 術(shù) 的核 心 。我 們 的 功 率 半 導 體 解 決 方 案 和 智 能控 制 集 成 電 路 可 實(shí) 現 多 目 標 優(yōu) 化 ， 從 而 降低 系 統 成 本 、 我 們 的 功 率 半 導 體 解 決 方 案和 智 能 控 制 集 成 電 路 可 實(shí) 現 降 低 系 統 成本 、 提 高 功 率 密 度 、 提 升 應 用 效 率 和 模 塊化 設 計 等 多 目 標 優(yōu) 化 。
● 輔助逆變器
● 電池管理系統（BMS）
● 燃料電池控制單元（FCCU）
● 燃料電池 DC/DC 升壓轉換器
● 燃料電池電動(dòng)空氣壓縮機
● 高低壓DC/DC轉換器
● 主逆變器（卡車(chē)和農用車(chē)輛）
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