电动车充电类型及常见拓扑结构

电动汽车充电需求增长 - 随着全球电气化和脱碳趋势的不断发展，电动汽车（EVs）的需求预计将以10%的复合年增长率（CAGR）增长。到2025年底，预计将有近5000万辆电动汽车上路，这推动了对更多充电站以及更快充电速度的迫切需求。本文将为您介绍电动汽车的充电类型和常见拓扑结构，并分享Wolfspeed提供的相关解决方案。如需深入了解，请访问Wolfspeed的应用指南：《PRD-08367：电动汽车充电电源拓扑设计指南 | Wolfspeed》。

随着道路上电动汽车（EV）的增加，为其充电所需的电力需求也在以指数级速度增长。据估计，到2030年，将需要约230太瓦时（TWh）的能源来为这些车辆充电，而相比之下，今日的需求仅为11太瓦时。为了满足如此多车辆的充电需求，将需要近3000万个充电桩。尽管大多数充电桩将安装在个人家中，但仍需要安装超过120万个公共充电桩，以满足电动汽车的移动充电需求。

家用充电器通常使用常见且随处可用的交流电源。另一方面，公共充电站旨在提供快速且可靠的充电体验，就像为传统内燃机（ICE）车辆加油一样。这意味着公共快充需要具备足够的电力传输能力（最高可达600kW），以便在不到15分钟内为电动车（EV）充满电。而这只有通过直流充电才能实现。

充电类型

AC充电是指使用典型家庭中常见的电源进行充电，这种电源以交流电（AC）的形式存在，因此得名。这种充电方式需要电动汽车（EV）内置的车载充电器（OBC），将交流电（AC）转换为直流电（DC），从而满足使用交流电为电池充电的需求。

一级交流电

这是最基本的充电器，它从电网接收120-240伏交流电（13-16安），然后通过充电线为电动车（EV）供电。它是充电速度最慢的类型，但也是最便携的，可以几乎在任何地方插入使用。大多数型号的额定功率通常高达1千瓦。

二级交流电

二级交流充电器仍然使用随处可用的120-240Vac电源。主要区别在于它的额定电流较高（32-40A）。这些交流充电器通常永久接线安装在家中或公共场所的电杆上。它们通常的额定功率为11-22千瓦。

直流充电

要减少电动汽车（EV）的充电时间，唯一的方法是使用直流（DC）充电。直流充电器通过绕过电动汽车内置的车载充电器，直接向电池提供电能。

2级直流充电 / 2级+ / 直流壁挂式充电箱

对于大约20-25kW的功率等级，通常的解决方案被称为“Level 2”直流充电器，尽管没有官方的命名规范。这类充电器可以在住宅和商业场所中找到。   与交流充电相比，最大的区别是充电器内置了一个额外的功率块转换器，该转换器执行交流电到直流电的整流（例如，“AFE”——有源前端）。然后，这个直流电通过充电电缆输送到汽车，为电池充电。根据所选的电力设备，它还可以提供双向功能。

第三级直流快速充电（DCFC）/ 快速 / 超级充电器

三级直流充电器通常被称为直流快速充电器（DCFC）或超级充电器。这种类型的充电器的功率水平通常在50kW到1MW之间变化。这些充电器由多个20、30、50、60kW甚至更高功率等级的电源模块组成，以实现所需的功率水平。根据容量，这些快速充电器可以在不到20分钟内为一块典型的电动车电池完成充电。

收费标准

就像我们有不同的充电器等级来区分功率水平一样，所使用的连接器也有不同的标准。

常见的AC-DC拓扑结构

对于交流/直流电源转换，可以使用单相和三相拓扑结构。单相拓扑结构最常用于家庭充电或功率等级低于6.6kW的情况，而三相拓扑结构更适合于更高功率的充电模块（>11kW）：

如需了解每种拓扑电路的相关知识、推荐元件和参考设计，请访问Wolfspeed 的应用说明：PRD-08367: EV Charging Power Topologies Design Guidebook | Wolfspeed。

常见的DC/DC电源拓扑

在将交流电转换为典型的直流母线电压400V-800V之后，我们现在可以将其转换为所需的电压以为电动汽车电池充电。以下介绍了几种直流/直流拓扑结构，可以帮助实现这一目标：

有关每种拓扑电路的知识、推荐零件和参考设计，请访问Wolfspeed的应用说明：PRD-08367：电动汽车充电功率拓扑设计指南 | Wolfspeed。

摘要

在电动汽车充电这一不断发展的领域中，为了减少与传统内燃机车辆相比的充电停机时间，对于更高功率和更高密度解决方案的需求正强劲增长，这仍然是一个普遍存在的瓶颈问题。这一趋势促使创新的多级拓扑结构被越来越多地采用，以满足这些功率需求。同时，这也要求电池在非运行时能够在高峰需求期间支持电网，并且要求拓扑结构支持双向供电。   这两项要求进一步突显了需要更高效的功率半导体开关的重要性。Wolfspeed 的碳化硅器件非常适合支持这些下一代需求。访问 Wolfspeed 的官方网站，查找产品供应、参考设计以及设计支持工具，帮助您开启自己的电动汽车充电器设计之旅。