電動車直流充電基礎設施如何實現快速充電？

目前，為了給汽油車加油，僅有的選擇就是去加油站，這些加油站成千上萬，位于高速公路旁、城市和許多城鎮。

隨著EV的出現，情況發生了變化：雖然許多加油站會加入充電點，但它們幾乎可安裝在車輛可停放的任何地方—工作場所、公共建筑、路邊服務區、住宅街道，甚至是駕駛者自己的住所內。

EV有多種類型，混合類型（插電混動PHEV、全混動Full HEV、輕度混動MHEV）替代內燃機（ICE）這一傳統推進力源，用電動馬達和內燃機互相協助成為新的動力源；完全由電池驅動的車輛只有電動馬達，被稱為BEV；而萌芽的FCEV 基于燃料電池。一般來說，混合動力車可由內燃機自充電，但有些類型（PHEV）可通過插電進行充電。

預期所有類型的電動車（xEV）的銷售在未來幾年將呈現加速增長，其中BEV和MHEV的增長最為強勁。

圖1：預測的xEV銷量(圖片來源：HIS,Omdia2020)

為了支持xEV的增長，需要充電基礎設施的相應增長。目前，絕大多數的充電點都在中國—尤其是快速充電樁，安裝量超過80%。

圖2：2019年按國家劃分的私人和公共充電樁(圖片來源：IEA2020)

根據研究公司Research and Markets的數據，在2020年至2027年期間，充電樁的安裝量復合年增長率 (CAGR) 將達31.8%，相關價值的CAGR將達39.8%，這表明在此期間的售價會上漲。

為了使xEV能被公用的充電器充電，標準化必須到位，必須有通用協議。這在車輛經常從一個國家到另一個國家的地區，如歐洲，尤其重要。

全球有三個主要協議，它們來自一系列的國際標準。CHAdeMO（charge de move）于2010年在日本啟用，得到了日本主要公司（日產、三菱、豐田、日立、本田等）以及一些歐洲制造商的支持。借鑒IEC6185和IEC62196等國際標準，CHAdeMO定義了一個特定的連接器。此外，其還定義了充電器—目前最高為400 千瓦 /1000 伏，但據報道，與中國電力委員會 (China Electricity Council) 的合作關系正在考慮將充電器提高到900 千瓦。

聯合充電系統（CCS）最初由歐洲和美國的領先制造商發起，包括大眾、奧迪、寶馬、戴姆勒、福特、通用和沃爾沃，現在也包括一些亞洲制造商。CCS的交流和直流標準來自適用的 IEC、SAE和ISO標準，并正在制定高達350 千瓦的充電器標準。目前部署有超過33,000 個充電點，其中一半以上是50 千瓦。

最后一個標準是快速直流充電的特斯拉超級充電器，這是特斯拉汽車的專有標準。目前已經安裝了超過2 萬個站，使用特斯拉的專有連接器，并提供高達250 千瓦的功率。為了擴大網絡，特斯拉現在正在為一些車輛提供適配器，以使用CCS充電站。在歐洲，一些特斯拉汽車上安裝了CCS兼容端口。

所有標準的充電時間都是由電池容量、電荷狀態和充電站的可用功率以及車輛可能的最大充電速率決定的。例如，在100 千瓦時的充電條件下，一輛“普通”車輛需要29 分鐘才能增加266 公里的里程。這比給汽油車加油的3-5 分鐘要長得多，這也解釋了為什么各組織正推動更高的充電率。

圖3：充電可以是車載的，也可以是非車載的(圖片來源：Yole Development)

具有低內阻RDSon（在40 m以下）的碳化硅（SiC）MOSFET是首選方案，特別是對于較高的功率范圍，因為它們的能效比同類硅方案高。理想情況下，這些將體現在功率集成模塊（PIM）中，因為這些集成方案提供更好的性能，并簡化設計，和減小系統尺寸，提高可靠性。T- 中性點鉗位（T-NPC）類型也需要1200 V的二極管（或雙向工作開關），而NPC使用650 V SiC MOSFET或IGBT等開關。

對于DC-DC轉換級，有兩種主要拓撲結構：全橋諧振LLC和全橋零電壓開關（ZVS）。LLC在初級端實現零電壓開關（ZVS），通常在次級端支持零電流開關（ZCS），這使得在接近諧振頻率的情況下，能效水平非常高。如果工作頻率是有限的，LLC轉換器就是個高效的方案，但由于相關電流共享和同步難題，并行運行是個挑戰。