多种技术支持电动汽车快速充电系统

目前，与内燃机汽车相比，电动汽车 (EV) 和插电式混合动力汽车 (HEV) 的数量较少。然而，向混合动力汽车和电动汽车的转变正在加速。预计到 2020 年将增长约 40%，从 2017 年的约 420 万辆增至 3030 万辆。报告中的数字各不相同，但都预测在未来几年我们将看到 HEV 和 EV 的惊人增长。今天改用电动是一条安静的乡间小路，明天将变成一条六车道的高速公路。

这种转变的速度取决于许多因素。目前，最大的两个限制是缺乏车辆充电基础设施以及司机为汽车充电所需的时间。这就是为什么开发直流快速充电站网络如此重要的原因。

令人惊讶的是，直流快速充电站的增长幅度不大，因为混合动力电动汽车不使用直流充电，而且并非所有纯电动汽车都能够使用快速充电。专家预测，到 2023 年，将有 2000 个直流快速充电站，其中很少有真正的快速充电站，充电功率超过 50 千瓦。

尽管如此，这些充电站将对电子行业产生巨大影响。直流快速充电站中的功率半导体数量如此之多，即使数量不多，到 2030 年，功率半导体器件的总市场也将达到 1.2 亿个以上。充电系统的增长率有望爆发式增长大约在 2030 年左右，因此功率半导体器件和相关组件的市场预计将呈指数级增长。

图 1直流充电系统使用多种电路保护和功率半导体技术。

推动增长

政府监管和立法正在推动这一增长，因为美国、中国和欧洲的领导者推动转向混合动力汽车和电动汽车，以实现减少 CO 2和提高燃油效率标准的目标。

消费者似乎准备好了。一次充电的有限行驶里程一直是消费者采用的挑战。但电池技术在过去几年中一直在改进。在电池成本下降的同时，电池充电容量和功率密度也在增加。随着电池变得更轻、更强大，我们看到新的电动汽车的续航里程达到 300 英里甚至更多，非常接近内燃机汽车的续航里程。这引发了采用。

另一项使能技术是碳化硅和氮化镓功率半导体器件和模块的出现。50 kW 及更高功率的电动汽车充电站需要高效的电力转换。每一个百分比的功率损耗都会在如何处理散热方面带来工程挑战。

想象一下，消费者想要在能够提供超过 50 kW 功率的直流快速充电站为他或她的汽车充电。这涉及极高的电流水平，因此充电电缆中的损耗会使其过热。这意味着设计需要对电缆进行冷却，而老一代充电站不需要这种复杂性。

物理学正在推动行业寻求在功率转换期间提供更高功率效率的新技术。设计工程师正在采用宽带隙 (WBG) 功率半导体器件，因为这些技术可以降低功率损耗。尤其是 SiC 器件已经变得非常可靠且价格更实惠，这有助于实现向电动汽车的转变。

图 2碳化硅 MOSFET 和肖特基二极管，例如 Littelfuse 的这些，通过提供低功率开关损耗而设计用于 EV 充电应用。

审核编辑 黄昊宇