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設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體數(shù)量如此之多，即使數(shù)量不多，到 2030 年，功率半導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，因此功率半導體器件和相關(guān)組件的市場預計將呈指數(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、中國和歐洲的領導者推動轉(zhuǎn)向混合動力汽車和電動汽車，以實現(xiàn)減少 CO 2和提高燃油效率標準的目標。

消費者似乎準備好了。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。這意味著設計需要對電纜進行冷卻，而老一代充電站不需要這種復雜性。

物理學正在推動行業(yè)尋求在功率轉(zhuǎn)換期間提供更高功率效率的新技術(shù)。設計工程師正在采用寬帶隙 (WBG) 功率半導體器件，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)損耗而設計用于 EV 充電應用。