电动车直流充电基础设施如何实现快速充电？

目前，为了给汽油车加油，仅有的选择就是去加油站，这些加油站成千上万，位于高速公路旁、城市和许多城镇。

随着EV的出现，情况发生了变化：虽然许多加油站会加入充电点，但它们几乎可安装在车辆可停放的任何地方—工作场所、公共建筑、路边服务区、住宅街道，甚至是驾驶者自己的住所内。

EV有多种类型，混合类型（插电混动PHEV、全混动Full HEV、轻度混动MHEV）替代内燃机（ICE）这一传统推进力源，用电动马达和内燃机互相协助成为新的动力源；完全由电池驱动的车辆只有电动马达，被称为BEV；而萌芽的FCEV 基于燃料电池。一般来说，混合动力车可由内燃机自充电，但有些类型（PHEV）可通过插电进行充电。

预期所有类型的电动车（xEV）的销售在未来几年将呈现加速增长，其中BEV和MHEV的增长最为强劲。

图1：预测的xEV销量(图片来源：HIS,Omdia2020)

为了支持xEV的增长，需要充电基础设施的相应增长。目前，绝大多数的充电点都在中国—尤其是快速充电桩，安装量超过80%。

图2：2019年按国家划分的私人和公共充电桩(图片来源：IEA2020)

根据研究公司Research and Markets的数据，在2020年至2027年期间，充电桩的安装量复合年增长率 (CAGR) 将达31.8%，相关价值的CAGR将达39.8%，这表明在此期间的售价会上涨。

为了使xEV能被公用的充电器充电，标准化必须到位，必须有通用协议。这在车辆经常从一个国家到另一个国家的地区，如欧洲，尤其重要。

全球有三个主要协议，它们来自一系列的国际标准。CHAdeMO（charge de move）于2010年在日本启用，得到了日本主要公司（日产、三菱、丰田、日立、本田等）以及一些欧洲制造商的支持。借鉴IEC6185和IEC62196等国际标准，CHAdeMO定义了一个特定的连接器。此外，其还定义了充电器—目前最高为400 千瓦 /1000 伏，但据报道，与中国电力委员会 (China Electricity Council) 的合作关系正在考虑将充电器提高到900 千瓦。

联合充电系统（CCS）最初由欧洲和美国的领先制造商发起，包括大众、奥迪、宝马、戴姆勒、福特、通用和沃尔沃，现在也包括一些亚洲制造商。CCS的交流和直流标准来自适用的 IEC、SAE和ISO标准，并正在制定高达350 千瓦的充电器标准。目前部署有超过33,000 个充电点，其中一半以上是50 千瓦。

最后一个标准是快速直流充电的特斯拉超级充电器，这是特斯拉汽车的专有标准。目前已经安装了超过2 万个站，使用特斯拉的专有连接器，并提供高达250 千瓦的功率。为了扩大网络，特斯拉现在正在为一些车辆提供适配器，以使用CCS充电站。在欧洲，一些特斯拉汽车上安装了CCS兼容端口。

所有标准的充电时间都是由电池容量、电荷状态和充电站的可用功率以及车辆可能的最大充电速率决定的。例如，在100 千瓦时的充电条件下，一辆“普通”车辆需要29 分钟才能增加266 公里的里程。这比给汽油车加油的3-5 分钟要长得多，这也解释了为什么各组织正推动更高的充电率。

图3：充电可以是车载的，也可以是非车载的(图片来源：Yole Development)

具有低内阻RDSon（在40 m以下）的碳化硅（SiC）MOSFET是首选方案，特别是对于较高的功率范围，因为它们的能效比同类硅方案高。理想情况下，这些将体现在功率集成模块（PIM）中，因为这些集成方案提供更好的性能，并简化设计，和减小系统尺寸，提高可靠性。T- 中性点钳位（T-NPC）类型也需要1200 V的二极管（或双向工作开关），而NPC使用650 V SiC MOSFET或IGBT等开关。

对于DC-DC转换级，有两种主要拓扑结构：全桥谐振LLC和全桥零电压开关（ZVS）。LLC在初级端实现零电压开关（ZVS），通常在次级端支持零电流开关（ZCS），这使得在接近谐振频率的情况下，能效水平非常高。如果工作频率是有限的，LLC转换器就是个高效的方案，但由于相关电流共享和同步难题，并行运行是个挑战。