電動汽車充電：技術和智能工程將如何使我們的電動未來成為可能

與內燃機車相比，目前電動汽車（EV）和插電式混合動力汽車（HEV）的數量較少。然而，向混合動力汽車和電動汽車的轉變正在加速。預計到2020年將增長40%，從2017年的420萬輛增長到3030萬輛。報告中的數字雖然各不相同，但所有人都預測，在未來幾年，我們將看到電動車和插電式混合動力汽車的驚人增長。今天改用電動汽車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，最大的兩個限制是缺乏車輛充電基礎設施以及駕駛員充電所需的時間。 這就是為什么開發直流快速充電站網絡如此重要的原因。

令人驚訝的是，直流快速充電站的增長并不明顯，因為混合動力汽車不使用直流充電，也因為并非所有的電動汽車都能使用快速充電。專家預測，到2023年，將有2000個直流快速充電站，其中真正的充電功率超過50kw的快速充電站很少。

盡管如此，這些充電站將對電子行業產生巨大影響。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也可能達到1.2億個以上。充電系統的增長率預計將在2030年左右爆炸式增長，因此功率半導體器件和相關元件的市場預計將呈指數級增長。

圖1直流充電系統使用各種電路保護和功率半導體技術

推動增長

隨著美國、中國和歐洲領導人推動向混合動力汽車和電動汽車的轉變，以實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這一增長。

消費者似乎已經準備好了。 一次充電的有限行駛里程一直是消費者采用電動汽車的挑戰。 但是電池技術在過去幾年中一直在進步。 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汽車，非常接近內燃機汽車的行駛范圍。 這激發了采用率。

另一項有用的技術是碳化硅和氮化鎵功率半導體器件和模塊的出現。50kW及以上的電動汽車充電站需要高效率的功率轉換。功率損耗的每一個百分比都給如何處理散熱帶來了工程上的挑戰。

想象一下，消費者想要在能夠提供超過50 kW功率的直流快速充電站為汽車充電。 這涉及極高的電流水平，因此會導致充電電纜的損耗而使其過熱。 這意味著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。

物理學正在推動業界尋找在功率轉換過程中提供更高功率效率的新技術。設計工程師們正在接受寬帶隙（WBG）功率半導體器件，因為這些技術降低了功率損耗。特別是碳化硅器件變得非常可靠，價格也更便宜，這有助于向電動汽車轉變。

圖2. 與Littelfuse的碳化硅 MOSFET和肖特基二極管一樣，通過提供低功率開關損耗而設計用于電動汽車充電應用