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來源：貿澤電子 作者：Doctor M 新能源汽車 - 充電和換電 根據2022中國電動汽車百人會論壇發布的《中國新能源汽車市場洞察報告2021》，“充電時間過長”和“充電不方便”兩大因素依然是消費者使用新能源汽車時的痛點。并且，報告指出，越是頻繁駕駛新能源汽車出行的消費者，對于快速充電樁的依賴度越高。 發展至今，充電問題或者說是補能問題已經是新能源汽車領域里一個老生常談的問題。然而隨著政策和產業布局的變化，這個問題又常有新的延伸。2022年，國內進入新能源汽車換電模式高速發展的元年，換電和充電在新能源汽車產業內上演著“一時瑜亮”。 充電與換電發展漫談 根據中國電動汽車充電基礎設施促進聯盟的數據，截至到2022年6月，國內換電站數量已達1,582個。能夠看出，目前新能源汽車換電產業正在高速地發展，除了北汽新能源、蔚來等車企外，中石化、中石油和寧德時代等都在圍繞換電概念布局“車電分離”，將換電打造成為新能源汽車產業的新風口。 換電之所以能夠高速發展，一方面是因為換電使得電動汽車補能和傳統燃油車更類似，另一方面在于其催生出一種全新的新能源汽車產業發展模式。換電實現了對大量電池的集中存儲、集中充電、統一配送，使得車和某一塊電池并不強相關，這是“車電分離”的關鍵。車電分離能夠幫助車主節省一大筆購買電池的費用，也能夠打消消費者對新能源汽車使用若干年后換電池費用高昂的顧慮。 根據《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》里的規劃，2025年我國配套換電站的需求將超過28,000座，以2021年1192座為起始點，2021年-2025年期間的年復合增長率接近300%。 
圖1：我國配套換電站發展規模（制圖：貿澤電子）（資料來源：《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》） 目前，換電可分為整包換電和分箱換電兩種方式，由于具備靈活性高的優勢，分箱換電更受產業界青睞。不過，目前換電模式整體還存在一些產業難題。其一是標準不統一，包括電路接口、電池大小/重量計和緊固件設計等，由于標準不統一，換電模式存在明顯的品牌壁壘；其二是成本高昂，目前市場上的換電站普遍不盈利，且難盈利。 因此，雖然換電產業發展的如火如荼，然而目前新能源汽車主流的補能方式還是充電。現階段，汽車充電樁產業發展已經從跑馬圈地進入精細化經營，協同化和互通化成為充電服務平臺主要的發展趨勢。在這種趨勢下，充電站開始向著“萬能充”的模式發展，并逐漸淘汰功率低的充電樁。 歷經數年，充電樁建設已經有了較為成熟的模式，分為交流電和直流電。其中，交流充電樁主要布局用于慢充，常規充電時間在8小時以上；直流充電樁主要用于快充和超快充，目前前沿方案已經可以實現15分鐘充電80%。根據國家能源局的規劃數據，2025年我國充電樁數量要滿足超過2,000萬輛電動汽車的充電需求，車樁配比為2:1。截止到2022年6月，我國已經累計建設充電樁392萬臺。 在技術突破上，目前800V高壓超充和智能充電樁成為主要的發展方向。800V高壓超充具有短時內高速充電的特點，可從根本上解決純電車充電緩慢、充電難的問題，以市場在售的基于800V高壓SiC平臺的量產車小鵬G9為例，該車充電5分鐘就可續航200公里；智能充電樁則在人機交互和充電控制方面實現了大的突破，智能充電樁可以根據充電的不同階段合理調整充電速度，不僅保證了充電速度，而且可以降低超充對電池的損害。 當然，目前充電樁建設也存在自己的問題，包括早期充電樁功能不全、速度慢，僵尸樁問題嚴重；新建充電樁分布不均勻，運營管理有待提高等。 綜上所述，無論是充電還是換電，都有自己獨特的優勢，能夠解決消費者心中的部分痛點，實現新能源汽車產業的多元化發展。對于從業者而言，無論是專攻哪種補能方式，都離不開貿澤電子所售元器件的助力，通過一站式采購的方式，保障各種創新方案順利落地。 讓直流快充更穩定高效的 HiPerFET™ 功率MOSFET 在電動汽車充電方案里，由于非車載充電器在充電樁內部已經將電流轉換為直流電，因此可以直接為電池充電，無需車端再次轉換，也就有了更高的充電效率。在具體實現的過程中，低導通電阻的功率MOSFET是直流快充的首選方案，相較于同類型的硅方案，功率MOSFET能夠實現的效率更高。 下面，我們就為大家推薦一款可用于打造直流快速充電樁的功率MOSFET，這顆元器件的料號為IXFP36N60X3，來自制造商Littelfuse。
圖2：IXFP36N60X3（圖源：貿澤電子官網） IXFP36N60X3是IXYS IXFxN60X X3級HiPerFET™ 功率MOSFET中的一款。該系列功率MOSFET采用電荷補償原理和專有工藝技術開發，相較于同類型產品，有著更好的品質因數（導通電阻x柵極電荷）表現。通過低導通電阻和低開關損耗，在打造直流充電樁等相關應用時，該系列功率MOSFET能夠幫助實現更高的效率。同時，憑借低反向恢復電荷和時間，該體二極管能夠在高速開關時消除所有剩余能量，避免器件出現故障，進一步提升了方案的效率水平和安全水平。 此外，IXYS IXFxN60X X3級HiPerFET™ 功率MOSFET還提供其它優異的保護能力，具有抗雪崩能力、出色的dv/dt性能，并可耐受寄生雙極晶體管的電壓尖峰和意外導通引起的器件故障，進一步提升了系統的安全性能。
圖3：IXYS IXFxN60X X3級HiPerFET™功率MOSFET - 最大瞬態熱阻抗（圖源：Littelfuse） 在打造方案的過程中，IXYS IXFxN60X X3級HiPerFET™功率MOSFET提供通孔或表面貼裝，更易于安裝。除了應用于直流充電樁，該系列功率MOSFET還可用于開關模式和諧振模式電源、交流和直流電機驅動器、機器人和伺服控制等應用。 充電和換電都可用的PSR高速方形熔斷器 實際上，無論是充電還是換電，核心產品都是電池。而電池作為一種活躍的電化學品，系統安全防護就顯得極為重要。在充電樁和換電站給電池補充能量的過程，如果出現了過流故障，不僅容易引起電池系統發生爆燃事件，同時對充電系統也有非常大的危害。 下面我們為大家推薦的是具有極強電流限制能力的PSR高速方形熔斷器，其中一款器件在貿澤電子上的料號為PSR032FL1100Z，來自制造商Littelfuse。
圖4：Littelfuse PSR高速方形熔斷器（圖源：貿澤電子） Littelfuse PSR高速方形熔斷器采用DIN43653刀片式端子，專為保護功率半導體器件而設計。這些保險絲不僅能夠提供優于同類產品的電流能力，卓越的循環能力，同時將極強的電流限制能力與均衡的性能水平完美融合，以滿足保護敏感的電力電子器件的精確要求。這些保險絲可用于保護二極管、三端雙向可控硅、IGBT、SCR、MOSFET以及其他通常用于功率轉換和功率調節設備的固態器件。
圖5：峰值電流通過曲線（72型尺寸）（圖源：Littelfuse） Littelfuse PSR高速方形熔斷器產品系列中的所有熔斷器均標配直觀的保險絲熔斷指示，并可選配外部指示微動開關。這些熔斷器除了可用于電動汽車充電站和電池保護應用（儲能系統），還可用于加熱器和電源，以及功率轉換器件（UPS、逆變器、整流器、驅動器）等。 可用于EV充電的增強型隔離柵極驅動器 目前，EV充電在不斷地追求效率，希望純電動汽車補能的體驗能夠和傳統燃油車媲美。從最新發布的前沿車型能夠看到，已經有車型能夠實現15分鐘從10%電量補充到80%。當然，高效的充電樁在電路設計上就會更加復雜，需要更高效可靠的柵極驅動器。一款合適的驅動器芯片能夠讓系統設計事半功倍。 下面我們為大家推薦的是一款具有多種保護特性，并可用于EV充電的增強型隔離柵極驅動器IC，來自制造商英飛凌，該器件的料號為1ED3322MC12NXUMA1。大家可以通過該器件的詳情，了解整個英飛凌EiceDRIVER™增強型隔離柵極驅動器IC系列。
圖6：英飛凌EiceDRIVER™增強型隔離柵極驅動器IC（圖源：貿澤電子） 英飛凌EiceDRIVER™增強型隔離柵極驅動器IC用于驅動MOSFET、IGBT、碳化硅MOSFET以及氮化鎵HEMT。這些驅動器芯片具有出色的保護性能，提供DESAT、米勒鉗位、MOSFET軟關閉、IGBT和SiC MOSFET等保護特性，并且都支持短路鉗位和有源關斷。借助米勒鉗位和精確短路保護 (DESAT)，可在驅動CoolSiC™SiC MOSFET和TRENCHSTOP™IGBT7時避免寄生導通和短路，從而實現出色的應用安全性。 在產品選擇上，英飛凌EiceDRIVER™ 增強型隔離柵極驅動器IC提供X3模擬系列 (1ED34xx) 和X3數字系列柵極驅動器IC可供選擇。這些單通道和雙通道柵極驅動器IC具有9A輸出電流和40Vmax輸出電壓，采用節省空間的DS0-16小間距寬體封裝，爬電距離為8mm。 在方案設計上，1ED34xx提供電阻器可配置性，1ED38xx提供I2C可配置性，在設計導入過程中具有極高靈活性，不僅可以用于EV充電，還可用于1,500VDC太陽能逆變器應用，以及UPS、工業驅動器、焊接設備、服務器和電信系統用電源等其他應用。 充電為主、換電為輔的核心旋律 換電模式的理想形態是電池設備運營商的角色就像金融體系中的銀行一樣，貨幣（電池包）的屬性是相同的，因而目前廣泛運營的換電運營商需要在電池模塊標準化方面形成統一，包括具體的尺寸和接口，當然這需要很長的產業化路程。目前，新能源汽車補能方式還是以充電為主、換電等為輔。 對于廣大工程師朋友而言，無論是從事充電還是換電方案研發和量產，在貿澤電子官網，總能找到適合你的元器件，打造出色的解決方案。 |
