更小更高效  氮化鎵半導體車載充電器

編譯/高晟鈞

Fraunhofer IZM新設機的車載充電器(On-board Chargers, 簡稱OBC),使用氮化鎵半導體作為開關,以一半的尺寸實現兩倍的性能、雙向功能與機器製造,有望成為通往高端電動車未來的門票。

Fraunhofer IZM新設機的車載充電器(On-board Chargers, 簡稱OBC),使用氮化鎵半導體作為開關。(圖/截取自Fraunhofer IZM官網)

直流電VS交流電

電動車現行的充電樁以直流電與交流電分為兩種:快充與慢充。使用快充進行充電,電動車大約只需要15至30分鐘就能充滿80%的電量,因為這些充電器的功率極高,有些甚至高達350kW,且電力以直流電形式直接供電,無需使用OBC,缺點是容易消耗電池壽命。

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而一般家中安裝的充電設備依舊以交流電為主,需要使用OBC將交流電轉為直流電才能進行充電,充電速度較慢,大約需要4-8小時才能充滿電。

車載充電器的瓶頸

目前使用的許多電動車的最大功率設計為11 kW,這是由於車載充電器所造成的瓶頸。目前的OBC由多個大型組件組成,佔用車輛中的大量空間,而且大多OBC只能進行單向電力傳輸:僅為汽車充電,而無法將儲存的電力回饋到電網,也無法充當家用太陽能系統的緩衝器。電動車作為分散式能源儲存網路來拯救綠色能源轉型的承諾對於舊技術來說,仍然是一個白日夢。

採用氮化鎵半導體

對此,IZM使用具有高性能的寬帶隙半導體「氮化鎵」(GaN)作為頻率開關,能以1.3 MHz或每秒130萬次的頻率開關,直接影響另外一個重要組件:PFC扼流圈。

扼流圈是一種用來減弱電路裡高頻電流的低阻抗線圈,充當電網與車輛間的橋梁。相比於傳統OBC使用昂貴且龐大的扼流圈,IZM現在使用以電路板形式設計的扁平PFC電感器,縮小了PFC扼流圈的尺寸,且可以使用機器大規模製造。儘管,平面設計意味著扼流圈只能產生較低的電感,但這對於工作頻率為130KHz的氮化鎵開關不成問題。

IZM採用的智慧封裝和互連技術,成功製造出體積僅為3立方公尺的的OBC,尺寸縮小了一倍,充電容量卻是先前的兩倍,高達22 kW。然而這些還不是新型OBC的唯一優勢,該模組可容納400和800 V電池,工作效率超過 97%,允許電流從電網到電池的雙向流動。這意味著能源轉型不再只是無稽之談。

資料來源:Innovation

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