目前，與內(nèi)燃機汽車相比，電動汽車 (EV) 和插電式混合動力汽車 (HEV) 的數(shù)量較少。然而，向混合動力汽車和電動汽車的轉(zhuǎn)變正在加速。預(yù)計到 2020 年將增長約 40%，從 2017 年的約 420 萬輛增至 3030 萬輛。報告中的數(shù)字各不相同，但都預(yù)測在未來幾年我們將看到 HEV 和 EV 的驚人增長。今天改用電動是一條安靜的鄉(xiāng)間小路，明天將變成一條六車道的高速公路。

這種轉(zhuǎn)變的速度取決于許多因素。目前，最大的兩個限制是缺乏車輛充電基礎(chǔ)設(shè)施以及司機為汽車充電所需的時間。這就是為什么開發(fā)直流快速充電站網(wǎng)絡(luò)如此重要的原因。

令人驚訝的是，直流快速充電站的增長幅度不大，因為混合動力電動汽車不使用直流充電，而且并非所有純電動汽車都能夠使用快速充電。專家預(yù)測，到 2023 年，將有 2000 個直流快速充電站，其中很少有真正的快速充電站，充電功率超過 50 千瓦。

盡管如此，這些充電站將對電子行業(yè)產(chǎn)生巨大影響。直流快速充電站中的功率半導(dǎo)體數(shù)量如此之多，即使數(shù)量不多，到 2030 年，功率半導(dǎo)體器件的總市場也將達到 1.2 億個以上。充電系統(tǒng)的增長率有望爆發(fā)式增長大約在 2030 年左右，因此功率半導(dǎo)體器件和相關(guān)組件的市場預(yù)計將呈指數(shù)級增長。

圖 1直流充電系統(tǒng)使用多種電路保護和功率半導(dǎo)體技術(shù)。

推動增長

政府監(jiān)管和立法正在推動這一增長，因為美國、中國和歐洲的領(lǐng)導(dǎo)者推動轉(zhuǎn)向混合動力汽車和電動汽車，以實現(xiàn)減少 CO 2和提高燃油效率標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)。

消費者似乎準(zhǔn)備好了。一次充電的有限行駛里程一直是消費者采用的挑戰(zhàn)。但電池技術(shù)在過去幾年中一直在改進。在電池成本下降的同時，電池充電容量和功率密度也在增加。隨著電池變得更輕、更強大，我們看到新的電動汽車的續(xù)航里程達到 300 英里甚至更多，非常接近內(nèi)燃機汽車的續(xù)航里程。這引發(fā)了采用。

另一項使能技術(shù)是碳化硅和氮化鎵功率半導(dǎo)體器件和模塊的出現(xiàn)。50 kW 及更高功率的電動汽車充電站需要高效的電力轉(zhuǎn)換。每一個百分比的功率損耗都會在如何處理散熱方面帶來工程挑戰(zhàn)。

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他或她的汽車充電。這涉及極高的電流水平，因此充電電纜中的損耗會使其過熱。這意味著設(shè)計需要對電纜進行冷卻，而老一代充電站不需要這種復(fù)雜性。

物理學(xué)正在推動行業(yè)尋求在功率轉(zhuǎn)換期間提供更高功率效率的新技術(shù)。設(shè)計工程師正在采用寬帶隙 (WBG) 功率半導(dǎo)體器件，因為這些技術(shù)可以降低功率損耗。尤其是 SiC 器件已經(jīng)變得非常可靠且價格更實惠，這有助于實現(xiàn)向電動汽車的轉(zhuǎn)變。

圖 2碳化硅 MOSFET 和肖特基二極管，例如 Littelfuse 的這些，通過提供低功率開關(guān)損耗而設(shè)計用于 EV 充電應(yīng)用。