電動(dòng)汽車(chē)充電：技術(shù)和智能工程將如何使我們的電動(dòng)未來(lái)成為可能

與內燃機車(chē)相比，目前電動(dòng)汽車(chē)（EV）和插電式混合動(dòng)力汽車(chē)（HEV）的數量較少。然而，向混合動(dòng)力汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)的轉變正在加速。預計到2020年將增長(cháng)40%，從2017年的420萬(wàn)輛增長(cháng)到3030萬(wàn)輛。報告中的數字雖然各不相同，但所有人都預測，在未來(lái)幾年，我們將看到電動(dòng)車(chē)和插電式混合動(dòng)力汽車(chē)的驚人增長(cháng)。今天改用電動(dòng)汽車(chē)就像是走在一條安靜的鄉間小路上，但到了明天那條小路將變成一條六車(chē)道的高速公路。

轉換的速度取決于許多因素。 當前，最大的兩個(gè)限制是缺乏車(chē)輛充電基礎設施以及駕駛員充電所需的時(shí)間。 這就是為什么開(kāi)發(fā)直流快速充電站網(wǎng)絡(luò )如此重要的原因。

令人驚訝的是，直流快速充電站的增長(cháng)并不明顯，因為混合動(dòng)力汽車(chē)不使用直流充電，也因為并非所有的電動(dòng)汽車(chē)都能使用快速充電。專(zhuān)家預測，到2023年，將有2000個(gè)直流快速充電站，其中真正的充電功率超過(guò)50kw的快速充電站很少。

盡管如此，這些充電站將對電子行業(yè)產(chǎn)生巨大影響。直流快速充電站中的功率半導體數量巨大，即使單位充電站數量很少，到2030年，功率半導體器件的總市場(chǎng)也可能達到1.2億個(gè)以上。充電系統的增長(cháng)率預計將在2030年左右爆炸式增長(cháng)，因此功率半導體器件和相關(guān)元件的市場(chǎng)預計將呈指數級增長(cháng)。

圖1直流充電系統使用各種電路保護和功率半導體技術(shù)

推動(dòng)增長(cháng)

隨著(zhù)美國、中國和歐洲領(lǐng)導人推動(dòng)向混合動(dòng)力汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)的轉變，以實(shí)現減少二氧化碳排放和提高燃油效率標準的目標，政府監管和立法正在推動(dòng)這一增長(cháng)。

消費者似乎已經(jīng)準備好了。 一次充電的有限行駛里程一直是消費者采用電動(dòng)汽車(chē)的挑戰。 但是電池技術(shù)在過(guò)去幾年中一直在進(jìn)步。 電池充電容量和功率密度在增加，而電池成本卻在下降。 隨著(zhù)電池變得更輕，更強大，我們看到了續航里程達300英里甚至更多的新型電動(dòng)汽車(chē)，非常接近內燃機汽車(chē)的行駛范圍。 這激發(fā)了采用率。

另一項有用的技術(shù)是碳化硅和氮化鎵功率半導體器件和模塊的出現。50kW及以上的電動(dòng)汽車(chē)充電站需要高效率的功率轉換。功率損耗的每一個(gè)百分比都給如何處理散熱帶來(lái)了工程上的挑戰。

想象一下，消費者想要在能夠提供超過(guò)50 kW功率的直流快速充電站為汽車(chē)充電。 這涉及極高的電流水平，因此會(huì )導致充電電纜的損耗而使其過(guò)熱。 這意味著(zhù)將需要冷卻電纜設計，這是老一代充電站所不需要的復雜性。

物理學(xué)正在推動(dòng)業(yè)界尋找在功率轉換過(guò)程中提供更高功率效率的新技術(shù)。設計工程師們正在接受寬帶隙（WBG）功率半導體器件，因為這些技術(shù)降低了功率損耗。特別是碳化硅器件變得非?？煽?，價(jià)格也更便宜，這有助于向電動(dòng)汽車(chē)轉變。

圖2. 與Littelfuse的碳化硅 MOSFET和肖特基二極管一樣，通過(guò)提供低功率開(kāi)關(guān)損耗而設計用于電動(dòng)汽車(chē)充電應用