第二届电力电子科普征文大赛-入围奖

深圳市飞尼奥科技有限公司 陈坤

今日想与大家探讨一下新能源汽车充电桩的现状。众所周知，汽车未来的发展方向必定是电动汽车，这也是我国在汽车工业领域实现弯道超车的契机。近期，关于新能源汽车渗透率连续2个月超50%，可见新能源汽车未来必将是一场激烈的竞争。同时，华为也加入为车企提供电控系统技术支持的行列。因此，我们相信未来 3 至 5 年，电动汽车技术会愈发成熟，体验也会越来越好。说到体验，小编今天想就电动汽车的一个重要体验 —— 充电，与大家展开聊聊。

充电是电动汽车至关重要的一部分，也是电动汽车的三大核心之一，更是消费者最为关注的问题。目前市面上的汽车充电桩主要有两种：交流充电桩和直流充电桩。消费者购买电动汽车时，厂家一般会附赠一个 3.5KW 或 7KW 的单向交流充电桩，可方便安装在自家车位。交流充电桩可以理解为一个稳压器，它并非直接给电池充电，而是将电能提供给车载充电机，由车载充电机转化为高压直流给电池充电。因此，车载充电机的功率决定了电池的充电速度，通常约 7 - 8 小时可以充满。另一种是直流充电桩，也就是我们在充电站看到的专门为电动汽车快充的箱式盒子。直流充电桩的结构原理比交流充电桩复杂得多，今天我们将重点探讨直流充电桩。

为了更好地理解充电桩，我们引入一个大家熟知的产品 —— 手机充电器。前些年，我们的手机充电器一般功率为 5W（5V，1A）或 10W（5V，2A），而现在，大家可以看看手机充电器适配器的铭牌，基本都是 20W 起步。除了某个美国手机品牌因利润原因不标配充电器外，国内厂商基本都是 45W 起步，许多旗舰手机甚至标配 65W 充电器，短短 30 分钟就可以将手机充满电，甚至有些手机 5 分钟就可以充电 40% 以上。我们对这种充电速度的体验非常棒，而且充电器的体积并没有增加多少，这极大地方便了经常出差的朋友们，他们只需一个 65W 充电器就可以满足笔记本电脑、pad、手机等全部设备的充电需求。这得益于近些年的几个改变：一是充电接口的统一（type - C）；二是第三代半导体材料氮化镓的应用，三是兼容多种快充协议。氮化镓使开关频率提高了一个数量级，磁性元件的体积大幅减小，在同样的体积下，输出功率密度更大。

所以，充电桩未来也是一个功率密度提升的过程，在同样的体积下，要有更大的功率输出，以方便车主快速充电，提升更多的续航里程，达到与燃油车加油时间相当的水平，例如 10 分钟可以提升 80% 的续航。前面提到的手机充电器利用了氮化镓半导体材料来提升功率密度，那么，汽车充电桩有什么可以提升功率密度呢？答案是第三代半导体材料碳化硅。由于氮化镓材料目前只能在功率器件承载 650V，而碳化硅很好地弥补了这个缺点，电压可以达到 2000V，碳化硅模块甚至可达到 6500V。因此，碳化硅可以应用于充电桩，最直观的改变就是体积更小、功率密度更大，更重要的是效率的提升，不仅是能效，还有充电效率的提升。现在我们来看看直流充电桩的原理图：

如上图所示，这只是展示了充电桩最核心的部分，实际上还有控制电路、通讯、计量等部分。大家看到的 4 组并联的 AC - DC 转换，是整个充电桩的核心。这种原理架构设计非常出色，因为将功率提升采用了模块化方式，只需将每组 AC - DC 转化模块做精致、统一，充电桩的整体功率就可以根据环境进行搭配，成本可控，安装也方便。就如同我们在大学期间组装电脑，为了提高运算速率不卡顿，一般会添加内存条。

如何做好 AC - DC 模块，解决散热和功率密度问题，碳化硅是目前最好的解决方案。我们如何利用好碳化硅，发挥其最佳性能，需要一个合适的驱动来管控和引导它，正如老话所说：“好马配好鞍”。这里插播一个广告：德国英飞凌（infineon）的碳化硅在电力电子、功率器件领域是佼佼者，拥有完善的供应链和最先进的工艺，以及严格的品质把控，是您在设计中使用碳化硅的不二选择。同时，它的终身伴侣 —— 驱动，最近也量产了相当多的规格产品，大家可以关注infineon的官网或者公众号。我们知道，一个高性能的跑车需要一个好司机，英飞凌 X3 系列就是碳化硅的引路老司机。

从广告中回归正题，本人对未来 3 - 5 年充电桩市场有着无限的想象空间，不禁感叹科技的进步确实给我们的生活带来了太多的惊喜。期望能与各位大神交流未来充电桩的市场发展和行业信息，欢迎进入深圳市飞尼奥科技有限公司（infineon授权代理商）的网址（www.fineio.com）和公众号进行交流和合作。