虽然“续航焦虑”一直存在，但混合动力、纯电动等各种形式的电动汽车 (EV) 正被越来越多的人所接受。汽车制造商继续努力提高电动汽车的行驶里程并缩短充电时间，以克服这个影响采用率的重要障碍。电动汽车的易用性和便利性受到充电方式的显著影响。由于高功率充电站数量有限，相当一部分车主仍然需要依赖车载充电器 (OBC) 来为电动汽车充电。为了提高车载充电器的性能，汽车制造商正在探索采用碳化硅 (SiC) 等新技术。
车载充电器应用中的 SiC
对于 400 V 电池组，通常首选 SiC 650 V 器件。然而，对于 800 V 结构，由于具有更高的电压要求，因此需要使用额定电压为 1200 V 的器件。
车载充电器领域采用 SiC 的原因是其各项品质因数 (FOM) 表现出色。SiC 在单位面积的具体 RDS(on)、开关损耗、反向恢复二极管和击穿电压方面具备优势。这些优势使得基于 SiC 的方案能够在更高的温度下可靠地运行。利用这些出色的性能特点，可以实现更高效、更轻量的设计。因此，系统可以实现更高的功率水平（最高可达 22 kW），而这是使用基于硅的传统方案（如 IGBT 或超结）难以实现的。
虽然电动汽车采用更高功率的车载充电器可能不会直接影响汽车的续航里程，但它能够显著缩短充电时间，有助于解决续航焦虑问题。为了实现更快的充电速度，车载充电器的功率正在不断提高。SiC 技术发挥着至关重要的作用，使这些系统变得更加高效，确保高效地转换电网电力，避免能源浪费。该技术使人们能够设计更紧凑、轻量和可靠的车载充电器系统。
碳化硅将提升电动汽车续航能力和缩短电动汽车充电时间
相较于燃油车，电动汽车消费者对当前有限的续航里程和相对漫长的充电时间常常感到焦虑。虽然车企在动力电池、BMS、电机、电控和 OBC 等产品技术上做了很多优化和提升，但相比燃油车，续航里程受限和充电时间长是电动汽车推广的两大痛点。
➢ 续航里程。相比硅基IGBT，碳化硅MOSFET有着众多优点：1）碳化硅在关断时无拖尾电流，可以降低损耗；2）碳化硅的高开关频率特性，不仅可降低损耗，由于对散热效率要求相对低，还可减轻和驱动零部件和散热零部件重量和体积，周边器件的成本随之降低；3）在车辆匀速和轻载情况下，因为低损耗，可提升5%-10%的续航里程。另外，采用800V高压平台的电动汽车，同等功率下，系统电流可以比400V电压平台更小，故高压线束直径可以做的更细，线束重量和体积可以更小，电动汽车变的更轻，续航能力也会得到相应提升。
➢ 充电时间。汽车充电桩一般分为交流慢充和直流快充。
交流慢充指的是电动汽车通过公共或个人充电桩，需要借用车载充电器（OBC）交直流转换给汽车充电。交流慢充的优点是成本低，电池损耗慢；缺点是充电时间长，充电时间长短取决于OBC的额定功率（常规在3kW-9kW）。目前OBC主要采用硅基IGBT或SJ MOSFET方案，电池充满电时间一般需要4-8小时。相比之下，碳化硅MOSFET可以耐受更高电压，使得OBC拥有更高的额定功率。例如采用意法半导体的碳化硅技术，可以将OBC的额定功率提升至22kW 甚至更高，充电时间可以大大缩短。
直流快充是指充电桩自身内部实现交直流转换模块，无需借用OBC，将电网或储能设备中的交流电转换成直流电，直接给汽车充电。直流快充功率取决于充电桩自身输出功率和BMS（电池管理系统），如电池电压升级至 800V，直流快充功率通常将超过120 kW，碳化硅器件的高功率特性即可有其用武之地，进而提高充电效率和缩短充电时间。
另外，800V动力电池平台相比400V动力电池平台，在相同的系统电流和高压线束直径下，电池的充电时间或将缩短一半。
SiC高压充电设计要求
基于SiC的高压超大功率双向车载充电机平台化设计的原则是高效、可靠、安全、可扩展。高效性要求充电机具备高转换效率和低功耗，以提高充电速度和充电效率；可靠性要求充电机具备稳定可靠的工作性能，以确保充电过程的安全和可靠；安全性要求充电机具备多重保护机制，以防止电池过充、过放、短路等故障；可扩展性要求充电机具备一定的灵活性和可升级性，以适应不同类型的电动汽车和充电需求。
（1）SiC功率器件的应用：SiC功率器件具有高温、高频、高压等特点，能够提供更高的功率密度和更好的热性能，使得充电机具备更高的转换效率和更小的体积。因此，在设计中应充分利用SiC功率器件的优势，提高整体性能。
（2）双向充电技术：双向充电技术能够实现电动汽车与电网之间的双向能量传输，不仅可以将电动汽车作为移动储能设备，还可以将多余的电能反馈到电网中。在设计中，应充分考虑双向充电技术的实现，以提高能量利用率。
（3）智能控制系统：智能控制系统是高压超大功率双向车载充电机平台化设计的关键。通过采用先进的控制算法和通信技术，实现对充电机的智能化控制和远程监控。智能控制系统能够实时监测电池状态、充电效率等参数，并根据需求进行调整，提高充电效率和充电质量。
未来应用前景
基于SiC的高压超大功率双向车载充电机平台化设计具有广阔的应用前景。首先，它可以满足电动汽车充电的高效、快速、安全需求，提高电动汽车的使用便利性和用户体验。其次，它可以实现电动汽车与电网之间的双向能量传输，促进电能的有效利用和能源的可持续发展。最后，它可以促进电动汽车产业链的发展和完善，推动电动汽车产业的快速发展。
基于SiC的高压超大功率双向车载充电机平台化设计是电动汽车充电基础设施发展的重要方向。通过遵循高效、可靠、安全、可扩展的设计原则，充分利用SiC功率器件的特点，采用双向充电技术和智能控制系统，可以实现高效、快速、安全的电动汽车充电。这将为电动汽车的普及和发展提供强有力的支持，推动清洁能源交通的进一步推广。
