更高的充電功率縮短了電動汽車電池充電的時間，但由此也提升了車載充電技術的複雜性。研究人員透過對充電器進行最佳化設計，使得日益複雜的技術需求有望實現。
電動乘用車通常會使用400 V充電基礎設施，更加昂貴的800 V技術往往適用於具有更高功率需求的貨車或城市客車。保時捷Taycan是第1款運用800 V技術量產的電動汽車。現代汽車集團全新的電動全球模組化平臺（E-GMP）可透過採用專利化技術以支援其充電基礎設施、控制電機和變頻器的電壓提升過程，使該數值從400 V增加到800 V。奧迪優質電動平臺（PPE）基礎設施採用了800 V技術，從而使充電功率從150 kW增加到270 kW。
意法半導體（ST）微電子功率電晶體宏分部的寬頻隙技術營銷人員 Gianfranco DiMarco對此提到，在同樣電流下，800 V系統具有輸送雙倍功率的優勢，以此縮短了直流快充時間，也相應減小了電阻損耗，並提升了電壓，該方案對使用更小的電纜，以及減小充電器冷卻需求會產生有利的影響。
這些優勢意味著800 V基礎設施對車載充電器（OBC）設計有著更高要求。車載充電器可處理從電網到電池的電流，並且需要直流電系統來為電池進行充電。交流充電需要在車輛充電插口和電池之間佈設1個轉換器。
Sprint Power執行長Richie Frost對此提到，800 V車載充電系統比單相充電系統更簡單，並可採用單相充電方式，由此需要配備1個車載交流-直流轉換器，相應提升了成本。透過採用更快速的直流充電方案，電池系統需要採用額外的功率電流接觸器，以及電池管理系統中的附加軟體，由此可與車載充電器進行通訊，所有的快速充電控制電子器件都可採用外接模式。
Di Marco指出，車載充電器的驅動功率通常比變頻器和高壓直流-直流轉換器更低，其最高數值通常為43 kW。然而，更多的車輛僅能匹配到7 kW的單相電力OBC或者達到22 kW的三相電力OBC。因為經濟原因，如要實現更快的充電速率，研究人員通常需要為其配備1個額外的直流充電器。
效率增加
由於質量會影響到車輛續航，因此OBC的質量和尺寸非常重要。Bel PowerSolutions產品開發經理FrankVondenhoff對此提到，研究人員需要增加轉換頻率，以此減小OBC的體積和質量。對於450 V系統而言，研究人員為其選用了碳化矽（SiC）及金氧半導體場效應電晶體（MOSFET）。對於850 V電池而言，研究人員為其選用了碳化矽MOSFET。VislC產品經理Elijah Bunin提到，相比650 V的基礎設施，800 V的基礎設施必須保持低頻率，其效率也低於400 V的基礎設施。800 V的基礎設施電流限值與絕緣柵雙極型電晶體（IGBT）或SiC的使用有關。SiC的表現比IGBT更好，所以使用1 200 V裝置的系統可以進一步改良效能指標。額定值900 V的GaN裝置可提供更高的轉換效率，以及更低的能量損失。
Di Marco提到，SiC當前代表OBC功率裝置的最優選擇，意法半導體相信由於較低的功率和電壓需求，GaN半導體將會有著更廣闊的潛力。透過技術開發，SiC將保持高使用率，但從長期來看，GaN有望成為最佳設計方案。
較高的OBC效率意味著系統對熱管理有更低的需求，但該需求是有代價的。Vonderhoff提到，較高的效率會導致更高的成本，當前，OBC產品在名義輸出功率下達到的效率約為95%～96%，如將該資料增加到97%～98%，則意味著更高的複雜性和成本。
Bunin提到，全新的OBC開發拓撲，例如圖騰柱（totem pole）功率因子校正（PFC）可提升充電效率。對於雙向充電技術而言，研究人員需要選用雙向直流-直流轉換器及PFC部件。對於直流-直流轉換器而言，VislC採用了1個全新的C-LLC拓撲，或雙主動橋拓撲。目前，為實現輔助熱管理，研究人員可提供許多解決方案，例如表面貼裝技術（SMT）功率裝置。
Vonderhoff提到，高功率充電基礎設施當前在電網中更常見，例如Lonity安裝了350 kW電源。維護上述系統會帶來更高的標準和測試要求。為此，研究人員需要花費更多的開發時間測試OBC是否符合當前標準。
Di Marco補充提到，在高功率的直流充電站中，充電器需要從電網獲得能量來源。全球的功率供應包括440 V的線電壓，如須滿足車輛電池需求，該電壓值應轉換到400 V。透過採用800 V系統，研究人員也需要對電壓進行轉換。充電器可能也會直接連線到具有較高電壓的分配網上。SiC將會用在功率為50 kW的快速充電器中，進一步支援逐步提升的電壓和功率需求。
疊塊方法
Di Marco繼續提到，短期內如果期望安裝快速充電器，其大致比率如下，每銷售50臺電動汽車即可安裝1個充電器。考慮到為例的發展，由於充電功率的增加，以及平均充電時間的降低，每個充電器所對應的純電動汽車的數量將有所增加。意法半導體也相信，未來將有1個明顯的發展趨勢，即圍繞疊塊方法設計構建充電器，並與OBC具有同樣的線路架構。
未來的拓撲很難預測，但Vonderhoff提到，貝爾當前的OBC將會引進15 kW的單相分相車載充電器，並在單個盒中整合直流-直流轉換器。對於美國市場而言，伴隨的是1款功率為25 kW的液冷式車載充電器，其直流輸出範圍為250～800 V。目前，貝爾方面的管理人員正在與燃料電池製造商洽談，以開發下一代直流-直流轉換器。
Bunin提到，由於為電動汽車充電的功率需求有所增加，車輛到電網（V2G）技術變得更加重要。V2G需要實現雙向充電，VislC的雙向拓撲意味著該類裝置的頻率需要調整到200 kHz以上。對於雙向直流-直流系統而言，研究人員可以使用同樣的裝置。
現代的全新Loniq 5車型和起亞EV6車型同樣能提供從車輛到負荷（Vehicle toLoad）的充電。Vondenhoff提到，該技術具有顯著優勢，車輛可以在輸出模式下建立自己的電網，並可以用電池來為三相裝備充電。在充電模式下，車輛甚至能夠為其他車輛的電池充電（V2V）。
在未來，無線充電技術能否起到更重要的作用？Frost對此提到，目前面臨的主要問題為基礎設施。目前，Sprint Power正在開發能實現無線充電的計程車，其為1個清晰的應用方案。從長期來看，無線充電技術是一大特色，因為車輛在停車後，就能進行充電。
Frost相信，交流充電系統將會逐漸消失。車載交流-直流轉換器將會逐步淘汰，因為當有更多的快速充電基礎設施出現時，客戶充電將不再需要交流充電設施。傳統的交流充電技術需要1個轉換器，其需要進行液冷或空冷，並且也是車輛上額外的附加質量。
作者：RICHARD GOODING
整理：王少輝
編輯：伍賽特
