电动汽车充电：技术和智能工程将如何使我们的电动未来成为可能

与内燃机车相比，目前电动汽车（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40%，从2017年的420万辆增长到3030万辆。报告中的数字虽然各不相同，但所有人都预测，在未来几年，我们将看到电动车和插电式混合动力汽车的惊人增长。今天改用电动汽车就像是走在一条安静的乡间小路上，但到了明天那条小路将变成一条六车道的高速公路。

转换的速度取决于许多因素。 当前，最大的两个限制是缺乏车辆充电基础设施以及驾驶员充电所需的时间。 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并不明显，因为混合动力汽车不使用直流充电，也因为并非所有的电动汽车都能使用快速充电。专家预测，到2023年，将有2000个直流快速充电站，其中真正的充电功率超过50kw的快速充电站很少。

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巨大，即使单位充电站数量很少，到2030年，功率半导体器件的总市场也可能达到1.2亿个以上。充电系统的增长率预计将在2030年左右爆炸式增长，因此功率半导体器件和相关元件的市场预计将呈指数级增长。

图1直流充电系统使用各种电路保护和功率半导体技术

推动增长

随着美国、中国和欧洲领导人推动向混合动力汽车和电动汽车的转变，以实现减少二氧化碳排放和提高燃油效率标准的目标，政府监管和立法正在推动这一增长。

消费者似乎已经准备好了。 一次充电的有限行驶里程一直是消费者采用电动汽车的挑战。 但是电池技术在过去几年中一直在进步。 电池充电容量和功率密度在增加，而电池成本却在下降。 随着电池变得更轻，更强大，我们看到了续航里程达300英里甚至更多的新型电动汽车，非常接近内燃机汽车的行驶范围。 这激发了采用率。

另一项有用的技术是碳化硅和氮化镓功率半导体器件和模块的出现。50kW及以上的电动汽车充电站需要高效率的功率转换。功率损耗的每一个百分比都给如何处理散热带来了工程上的挑战。

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汽车充电。 这涉及极高的电流水平，因此会导致充电电缆的损耗而使其过热。 这意味着将需要冷却电缆设计，这是老一代充电站所不需要的复杂性。

物理学正在推动业界寻找在功率转换过程中提供更高功率效率的新技术。设计工程师们正在接受宽带隙（WBG）功率半导体器件，因为这些技术降低了功率损耗。特别是碳化硅器件变得非常可靠，价格也更便宜，这有助于向电动汽车转变。

图2. 与Littelfuse的碳化硅 MOSFET和肖特基二极管一样，通过提供低功率开关损耗而设计用于电动汽车充电应用