【導讀】隨著(zhù)全球電氣化和脫碳趨勢的持續發(fā)展，電動(dòng)汽車(chē)（EV）的需求預計也將以10%的復合年增長(cháng)率（CAGR）增長(cháng)。到2025年底，預計將有近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)拓撲，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，請訪(fǎng)問(wèn)Wolfspeed的應用說(shuō)明：PRD-08367：電動(dòng)汽車(chē)充電功率拓撲設計指南 | Wolfspeed。
隨著(zhù)全球電氣化和脫碳趨勢的持續發(fā)展，電動(dòng)汽車(chē)（EV）的需求預計也將以10%的復合年增長(cháng)率（CAGR）增長(cháng)。到2025年底，預計將有近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)拓撲，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，請訪(fǎng)問(wèn)Wolfspeed的應用說(shuō)明：PRD-08367：電動(dòng)汽車(chē)充電功率拓撲設計指南 | Wolfspeed。
電動(dòng)汽車(chē)充電需求不斷增長(cháng)
隨著(zhù)道路上電動(dòng)汽車(chē)數量的增加，對其充電所需的電力需求也在呈指數級增長(cháng)。據估計，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。雖然大多數充電機將安裝在個(gè)人住宅中，但還需要安裝超過(guò)120萬(wàn)個(gè)公共充電機，才能為行駛中的電動(dòng)汽車(chē)提供服務(wù)。
電動(dòng)汽車(chē)的累計充電機需求
家用充電機通常使用常見(jiàn)的、現成的交流電源。另一方面，公共充電機旨在提供快速可靠的充電體驗，就像為傳統內燃機（ICE）車(chē)輛加油一樣。這意味著(zhù)公共快速充電機需要具有足夠的電力傳輸能力（高達600kW），以便在15分鐘內為電動(dòng)汽車(chē)充滿(mǎn)電，而這只能通過(guò)直流充電來(lái)實(shí)現。
充電類(lèi)型
交流充電是典型的家庭中采用常規電源進(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（OBC）將交流電轉換為直流電，這是使用交流電為電池充電所必需的做法。
1 級交流
這是最基本的充電機，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，大多數型號的額定功率通常最多為1kW。
2 級交流
2 級交流充電機仍然使用現成的120-240Vac電源，主要區別在于它的額定電流更高（32-40A）。這些交流充電機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。直流充電機繞過(guò)電動(dòng)汽車(chē)中的車(chē)載充電機，直接向電動(dòng)汽車(chē)的電池供電。
2 級直流充電 / 2+級 / 直流充電盒
對于20-25kW左右的功率級別，常見(jiàn)的解決方案將被稱(chēng)為“2級”直流充電機，盡管沒(méi)有官方正式的命名說(shuō)法，這些充電機還是可以在住宅和商業(yè)場(chǎng)所找到。
與交流充電相比，其最大的區別是有一個(gè)額外的內置電源模塊轉換器，可以執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。根據功率器件的選擇，它還可以提供雙向充電功能。
3 級直流快速充電（DCFC）/ 快充 / 超級充電機
3 級直流充電機通常又稱(chēng)為直流快速充電機（DCFC）或超級充電機，這種類(lèi)型充電機的功率水平可以輕松地從50kW到高達1MW之間變化。這些充電機由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。根據容量的不同，這些快速充電機可以在20分鐘內為典型的電動(dòng)汽車(chē)電池充電。
充電標準
就像我們有不同的充電機級別來(lái)區分功率級別一樣，充電機所使用的連接器也有不同的標準。
充電機的連接器類(lèi)型
常見(jiàn)的 AC-DC 拓撲
對于交流／直流功率轉換，可以使用單相和三相拓撲。單相拓撲最常見(jiàn)于家庭充電或功率水平低于6.6kW時(shí)，而三相拓撲更適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)每種拓撲電路、推薦部件和參考設計的知識，請訪(fǎng)問(wèn)Wolfspeed的應用說(shuō)明：PRD-08367：電動(dòng)汽車(chē)充電功率拓撲設計指南 | Wolfspeed。
常見(jiàn) DC/DC 功率拓撲
將交流電源轉換為400V-800V的典型直流母線(xiàn)電壓后，我們現在可以將其轉換為電動(dòng)汽車(chē)電池充電所需的電壓。下面介紹的各種DC/DC拓撲可以幫助實(shí)現這一目標：
DAB - 雙有源橋
PSFB – 相移全橋
LLC轉換器
CLLC轉換器
結語(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，以減少與典型內燃機汽車(chē)相比的充電停機時(shí)間，這仍然是一個(gè)普遍的瓶頸。這導致越來(lái)越多地采用創(chuàng )新的多級拓撲來(lái)滿(mǎn)足這些電力需求，要求電池在不運行的高峰需求期間支持電網(wǎng)，并要求拓撲支持雙向充電。
這兩項要求進(jìn)一步強化了對更高效功率半導體開(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參考設計
文章來(lái)源：艾睿電子
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