【導(dǎo)讀】隨著全球電氣化和脫碳趨勢(shì)的持續(xù)發(fā)展，電動(dòng)汽車(chē)（EV）的需求預(yù)計(jì)也將以10%的復(fù)合年增長(zhǎng)率（CAGR）增長(zhǎng)。到2025年底，預(yù)計(jì)將有近5000萬(wàn)輛電動(dòng)汽車(chē)上路，這將迫切需要更多的充電樁和更快的電動(dòng)汽車(chē)充電速度。本文將向您介紹電動(dòng)汽車(chē)充電的類(lèi)型和常見(jiàn)拓?fù)?，以及Wolfspeed提供的相關(guān)解決方案。如需深入了解全面深入的知識(shí)，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)Wolfspeed的應(yīng)用說(shuō)明：PRD-08367：電動(dòng)汽車(chē)充電功率拓?fù)湓O(shè)計(jì)指南 | Wolfspeed。
隨著全球電氣化和脫碳趨勢(shì)的持續(xù)發(fā)展，電動(dòng)汽車(chē)（EV）的需求預(yù)計(jì)也將以10%的復(fù)合年增長(zhǎng)率（CAGR）增長(zhǎng)。到2025年底，預(yù)計(jì)將有近5000萬(wàn)輛電動(dòng)汽車(chē)上路，這將迫切需要更多的充電樁和更快的電動(dòng)汽車(chē)充電速度。本文將向您介紹電動(dòng)汽車(chē)充電的類(lèi)型和常見(jiàn)拓?fù)?，以及Wolfspeed提供的相關(guān)解決方案。如需深入了解全面深入的知識(shí)，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)Wolfspeed的應(yīng)用說(shuō)明：PRD-08367：電動(dòng)汽車(chē)充電功率拓?fù)湓O(shè)計(jì)指南 | Wolfspeed。
電動(dòng)汽車(chē)充電需求不斷增長(zhǎng)
隨著道路上電動(dòng)汽車(chē)數(shù)量的增加，對(duì)其充電所需的電力需求也在呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。據(jù)估計(jì)，到2030年，這些車(chē)輛將需要約230太瓦時(shí)（TWh，1 太瓦時(shí) = 10 億千瓦時(shí)）的能量來(lái)為這些車(chē)輛充電，而目前的需求量為11太瓦時(shí)。為了滿(mǎn)足如此多的汽車(chē)和隨之而來(lái)的電力需求，將需要近3000萬(wàn)個(gè)充電機(jī)。雖然大多數(shù)充電機(jī)將安裝在個(gè)人住宅中，但還需要安裝超過(guò)120萬(wàn)個(gè)公共充電機(jī)，才能為行駛中的電動(dòng)汽車(chē)提供服務(wù)。
電動(dòng)汽車(chē)的累計(jì)充電機(jī)需求
家用充電機(jī)通常使用常見(jiàn)的、現(xiàn)成的交流電源。另一方面，公共充電機(jī)旨在提供快速可靠的充電體驗(yàn)，就像為傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)（ICE）車(chē)輛加油一樣。這意味著公共快速充電機(jī)需要具有足夠的電力傳輸能力（高達(dá)600kW），以便在15分鐘內(nèi)為電動(dòng)汽車(chē)充滿(mǎn)電，而這只能通過(guò)直流充電來(lái)實(shí)現(xiàn)。
充電類(lèi)型
交流充電是典型的家庭中采用常規(guī)電源進(jìn)行充電，該電源以交流電（AC）的形式提供，因此得名。這種充電需要電動(dòng)汽車(chē)中的車(chē)載充電機(jī)（OBC）將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，這是使用交流電為電池充電所必需的做法。
1 級(jí)交流
這是最基本的充電機(jī)，從電網(wǎng)接收120-240Vac（13-16A）電源，然后通過(guò)充電電纜將其提供給電動(dòng)汽車(chē)。它是最慢的充電機(jī)類(lèi)型，但也是最便攜的，幾乎可以在任何地方插入充電，大多數(shù)型號(hào)的額定功率通常最多為1kW。
2 級(jí)交流
2 級(jí)交流充電機(jī)仍然使用現(xiàn)成的120-240Vac電源，主要區(qū)別在于它的額定電流更高（32-40A）。這些交流充電機(jī)通常永久連接到家庭和公共場(chǎng)所的樁上，它們的額定功率通常高達(dá)11-22 kW。
直流充電
要減少電動(dòng)汽車(chē)的充電時(shí)間，唯一的方法是采用直流充電。直流充電機(jī)繞過(guò)電動(dòng)汽車(chē)中的車(chē)載充電機(jī)，直接向電動(dòng)汽車(chē)的電池供電。
2 級(jí)直流充電 / 2+級(jí) / 直流充電盒
對(duì)于20-25kW左右的功率級(jí)別，常見(jiàn)的解決方案將被稱(chēng)為“2級(jí)”直流充電機(jī)，盡管沒(méi)有官方正式的命名說(shuō)法，這些充電機(jī)還是可以在住宅和商業(yè)場(chǎng)所找到。
與交流充電相比，其最大的區(qū)別是有一個(gè)額外的內(nèi)置電源模塊轉(zhuǎn)換器，可以執(zhí)行從交流到直流的整流（例如“AFE”-有源前端）。然后，該直流電流通過(guò)充電電纜饋入汽車(chē)為電池充電。根據(jù)功率器件的選擇，它還可以提供雙向充電功能。
3 級(jí)直流快速充電（DCFC）/ 快充 / 超級(jí)充電機(jī)
3 級(jí)直流充電機(jī)通常又稱(chēng)為直流快速充電機(jī)（DCFC）或超級(jí)充電機(jī)，這種類(lèi)型充電機(jī)的功率水平可以輕松地從50kW到高達(dá)1MW之間變化。這些充電機(jī)由20、30、50、60kW甚至更高的多個(gè)功率塊組成，以獲得所需的功率水平。根據(jù)容量的不同，這些快速充電機(jī)可以在20分鐘內(nèi)為典型的電動(dòng)汽車(chē)電池充電。
充電標(biāo)準(zhǔn)
就像我們有不同的充電機(jī)級(jí)別來(lái)區(qū)分功率級(jí)別一樣，充電機(jī)所使用的連接器也有不同的標(biāo)準(zhǔn)。
充電機(jī)的連接器類(lèi)型
常見(jiàn)的 AC-DC 拓?fù)?/p>
對(duì)于交流／直流功率轉(zhuǎn)換，可以使用單相和三相拓?fù)?。單相拓?fù)渥畛Ｒ?jiàn)于家庭充電或功率水平低于6.6kW時(shí)，而三相拓?fù)涓m合更高功率的充電模塊（>11kW）：
圖騰柱／功率因子校正（PFC）
NPC / ANPC – 中性點(diǎn)接觸PFC／有源中性點(diǎn)PFC
AFE – 有源前端PFC
維也納整流器
T型PFC
有關(guān)每種拓?fù)潆娐?、推薦部件和參考設(shè)計(jì)的知識(shí)，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)Wolfspeed的應(yīng)用說(shuō)明：PRD-08367：電動(dòng)汽車(chē)充電功率拓?fù)湓O(shè)計(jì)指南 | Wolfspeed。
常見(jiàn) DC/DC 功率拓?fù)?/p>
將交流電源轉(zhuǎn)換為400V-800V的典型直流母線電壓后，我們現(xiàn)在可以將其轉(zhuǎn)換為電動(dòng)汽車(chē)電池充電所需的電壓。下面介紹的各種DC/DC拓?fù)淇梢詭椭鷮?shí)現(xiàn)這一目標(biāo)：
DAB - 雙有源橋
PSFB – 相移全橋
LLC轉(zhuǎn)換器
CLLC轉(zhuǎn)換器
結(jié)語(yǔ)
在不斷發(fā)展的電動(dòng)汽車(chē)充電領(lǐng)域，人們大力推動(dòng)更高功率和更高密度的解決方案，以減少與典型內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)相比的充電停機(jī)時(shí)間，這仍然是一個(gè)普遍的瓶頸。這導(dǎo)致越來(lái)越多地采用創(chuàng)新的多級(jí)拓?fù)鋪?lái)滿(mǎn)足這些電力需求，要求電池在不運(yùn)行的高峰需求期間支持電網(wǎng)，并要求拓?fù)渲С蛛p向充電。
這兩項(xiàng)要求進(jìn)一步強(qiáng)化了對(duì)更高效功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的需求。Wolfspeed的碳化硅器件非常適合支持這些下一代要求。
(a) Wolfspeed?分立器件、(b) 模塊和 (c) 60kW LLC參考設(shè)計(jì)
文章來(lái)源：艾睿電子
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