电动汽车：从方程式到量产，宽禁带半导体发挥着重要作用

自从十多年前在计划书上诞生以来，Formula E 已经迅速发展成为一项具有使命感的赛车运动。撇开娱乐不谈，这一项电动方程式赛车的创始使命是向世界展示可持续发展的能力，如今来看它已经做得非常完善。自2014 年在上海举办首场比赛以来，它是唯一获得 ISO 20121 净零碳足迹认证的赛车运动。

电动方程式赛车不断创新，需要引入大量软硬件技术，以使电动汽车的动力系统和电池中获得更多效率。对于主要的汽车原始设备制造商来说，取得冠军并不是主要目的。

数十亿的研发资金投入到开发更好的电动汽车上，汽车制造商从这些高强度比赛中学到的知识将用于改进实验室的电动汽车技术。

三项快速发展的技术正在推动这场向零排放电动汽车的集体竞赛：宽禁带 (WBG)器件、更高功率密度的电池和更快的充电能力。

使用 WBG 器件实现高效功率转换

电动汽车中执行着大量的功率转换。例如，DC-DC 转换器将高压电动汽车电池的功率降低到 12 V，然后进一步转换以运行照明、收音机和空调等车载系统（见图 1）。碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN) 半导体等 WBG 器件促进了车辆的功率转换。

图 1：GaN 和 SiC 宽禁带功率半导体促进了大量车载 EV 功率转换应用。 （图片来源：是德科技双脉冲测试仪）

GaN 应用是一个新兴技术领域，增加的频率和更高的功率会影响表征设备性能所需的测量的可靠性，很难区分测量的信号是器件的特性还是由测量设备引起的，因此开发人员很难验证针对这些高性能电源转换器的设计。。

越来越多的工程师开始使用新的双脉冲测试方法来获得可靠且可重复的测量，并确保他们的设计符合 WBG 的 JEDEC 标准。

更好（更便宜）的电动汽车电池

2014 年 9 月 13 日，在北京奥林匹克绿色赛道举行的第一场电动方程式比赛中，由于 28 千瓦时的电池电量耗尽，赛车手不得不考虑更换赛车。如今，赛车手不再需要更换汽车，因为电池容量几乎增加了两倍，同时保持了它们的尺寸和重量。能够提高电池技术也正在帮助汽车原始设备制造商缓解消费者的里程焦虑。

过去十年，电动汽车电池的价格下降了 80% 以上，但这种趋势很难维持。据阿贡国家实验室称，单个电动汽车锂离子电池可能含有约 8 公斤锂、35 公斤镍、20 公斤锰和 14 公斤钴。随着这些金属商品价格的上涨，电动汽车电池制造商继续面临着电池成本的挑战。更好的电池生命周期设计和测试策略以及电池测试解决方案有助于在降低成本的同时实现更高的性能。

（图片由 Mining.com 提供）

大多数电动汽车制造商保证其电池寿命为 8 到 10 年。许多消费者可能会在保修期结束前更换汽车，因此电池开发商充分意识到他们有责任规划整个电池生命周期。这包括电池的二次回收，它们可以重新用于要求较低的并网储能应用，以及有效的回收方法来回收电池材料。

电动汽车充电技术

除了期待更强大和更持久的电池之外，消费者还将充电的方便性和速度列为主要考虑因素，因为他们权衡了从化石燃料转向可再生能源为汽车提供动力的利弊。政府采取了一些奖励电动汽车拥有者的计划，同时社会资金也正在流入各种电动汽车充电基础设施的举措。后者正在推动电动汽车供应设备 (EVSE) 的市场不断增长——从壁装箱到快速充电站，再到无线充电。

对于 EV 和 EVSE 制造商而言，确保互操作性和符合行业标准对其产品的成功至关重要。考虑到当地电气法规和 EV，EV 和 EVSE 设计和测试标准的排列可能会令人难以置信。为了帮助推进创新，许多 EV 和 EVSE 制造商正在投资仿真解决方案，以帮助他们节省时间和成本。这些设计验证设置使用可以模拟电动汽车或充电站的机器，解决了针对不同 EV 或 EVSE 模型测试单个新产品的挑战。

开发 EV 和 EVSE 产品需要高功率，电子负载将能量转换为热量，这会导致测试机架的温度显着升高。这会导致测量误差，并增加散热所需的空调成本。为了解决这一挑战，工程师们正在转向可再生电源，它可以安全地将能量返回电网，从而消除多余热量的成本，并增加了绿色碳循环。

今后的竞赛

随着汽车制造商努力看到他们市场份额的提高，电动方程式的竞赛将变得更加激动人心，无论是在赛道还是在汽车市场。