92汽油破十，開車出行會減少2成，畢竟現(xiàn)在汽油車保有量仍有9成半。但是隨著2022年4月比亞迪停產汽油車，廣汽EV新車進入比超過2成，整車廠和加油站將拼命爭奪EV充電樁市場，投資人也將追逐充電樁行業(yè)參與者，半導體原廠和方案商也將站在風口浪尖。

    

深圳市的士“全電車化”是最早最徹底的城市。清一色的BYD的士讓城市整潔，充滿現(xiàn)代化感。的士司機算賬最精明，一輛續(xù)航里程400多公里的BYD充滿電，大約要耗費65度電，每度電1.6元計費，花費百元。以前開油車，0.9元/公里左右，400公里要花費360元，是新能源汽車的三倍多。當下油價飆升、充電樁體系完善、電車品質提升和EV用戶體驗改善，這些都是EV大發(fā)展的條件。   

  

 

圖：EV減少燃料成本2/3，減少排放1/2, 減少對石油的依賴    

 

政府還有一本環(huán)保帳，國家新能源汽車技術創(chuàng)新中心主任、總經理，中國汽車芯片產業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書長原誠寅給出數據，傳統(tǒng)燃油車和純電動汽車，油和電耗的比例大約是1：2，即百公里耗油6.5升的A級車，對應大約13度電的電耗，但它們對應的二氧化碳排放量是減半的。傳統(tǒng)燃油車百公里的二氧化碳排放量大概是16公斤，而純電動汽車還不到8公斤。  

 

中國汽車工業(yè)協(xié)會數據顯示，2021年，新能源汽車產銷分別完成354.5萬輛和352.1萬輛，同比均增長1.6倍，市場占有率達到13.4%，連續(xù)7年全球增長和出貨量第一。其中，中國品牌新能源乘用車銷售247.6萬輛，同比增長1.7倍，占新能源乘用車銷售總量的74.3%。值得關注的是，新能源汽車出口表現(xiàn)突出，新能源汽車出口31萬輛，同比增長3倍。  

 

相比走下坡路的手機，充電樁的發(fā)展對手機需求有哪些促進，二年后做比對就有分曉。我們記下2022年5月中國信通院數據，5月國內市場手機出貨量2080.5萬部，同比下降9.4%。其中，5G手機1773.9萬部，同比增長6.0%，占同期手機出貨量的85.3%。1-5月,國內市場手機總體出貨量累計1.08億部，同比下降27.1%其中，5G手機出貨量8620.7萬部，同比下降20.2%，占同期手機出貨量的79.7%。  

 

作為連接新能源汽車、電池、能源與人的基礎信息技術設施，充電樁將發(fā)揮市場杠桿力量。在新能源汽車市場上，將充電樁以通信、云計算、智能電網、車聯(lián)網等技術集合在一起，從而讓人、車、充電樁得以實現(xiàn)“對話”，已經成為一種趨勢。因為手機是個人通信和掌上結算寶，它不僅能提高用戶使用充電樁的便捷性，同時還能提高充電樁的使用效率，讓用戶和運營者實現(xiàn)雙贏。所以，我們預判充電樁將拯救手機市場。  

 

充電樁的產業(yè)鏈和功能需求趨勢  

 

狹義充電樁產品設計有四要素：充電樁的通信能力、安全與電路保護、充電效率和用戶體驗。但充電樁要置身產業(yè)鏈環(huán)境來看生態(tài)關系，它有三個環(huán)節(jié)，位于產業(yè)鏈上游的是建設充電樁所用元器件、方案商和所需設備的制造商，產業(yè)鏈中游的參與者則是充電樁的系統(tǒng)集成商和運營商（包括電信和國家電網），產業(yè)鏈下游的就是充電樁的終端用戶，包括新能源車企業(yè)和個人消費者。     

 

 

圖：充電樁運營商分布2021年中國汽車工程協(xié)會數據    

 

從充電設備的類型來看，目前的充電基礎設施有交流充電樁、直流充電樁、交直流一體樁以及無線充電樁。其中，交流充電樁和直流充電樁是現(xiàn)階段市場中最主要的兩種類型，交直流一體樁的應用規(guī)模較小，無線充電雖然呼聲較高，但尚未形成產業(yè)化規(guī)模。     

 

 

我愛方案網：電動汽車交流充電樁方案   

 

直流充電樁：技術優(yōu)勢明顯、市場前景光明  

 

我們可以仔細看看中國公共充電基礎設施情況：2022年1月公共類充電樁117.8萬臺，直流充電樁48.6萬臺、交流充電樁69.1萬臺。而目前來看，直流充電帶來的成本差異變得更重要，因此對于快充的需求是剛性的。   

  

 

圖：充電基礎設施分類    

 

直流充電樁充電時間短，平均功率在100－120kW。根據市場統(tǒng)計數據，全球商用直流充電設備單樁均價在13萬元。不過，大功率直流充電樁的單樁價格要高出很多，均價在65萬元。交流充電樁，也就是我們俗稱的"慢充樁"，均價約10,000元。  

 

充電樁的原材料成本即充電樁硬件設備投入成本，約占充電樁總成本的90%。充電樁所需設備主要包括充電模塊、有源濾波設備、監(jiān)控計費設備、電池維護設備等。以直流充電樁為例，充電模塊是其核心設備，主要用于將交流電轉化成能為電池充電的直流電，影響充電模塊性能的核心電子元器件是IGBT，這部分成本約占原材料成本的50%，有源濾波設備約占15%，監(jiān)控計費設備和電池維護設備各占10%。   

  

 

圖：車主與運營商的剛需    

 

充電樁的通信能力  

 

充電樁實現(xiàn)互聯(lián)互通，有賴于安全、穩(wěn)定、高效的即時數據傳輸，其核心在于充電樁中內置的通信模組。我愛方案網多款瑞星微主板方案可完美應用在充電樁主控板，具備4G通信能力，攝像頭接入，多路數據采集，人機交互和計費能力。該方案PCBA有現(xiàn)貨供研發(fā)測試。 

      

 

RK3566 8K高清顯示視覺處理開發(fā)板  

 

RK3568安卓4K視頻解碼驅動核心板  

 

  

RK3588高性能視覺處理主板  

 

充電樁安全與電路保護  

 

充電樁實現(xiàn)互聯(lián)互通還能為充電的安全性保駕護航。國標規(guī)定，電動汽車充電樁應具備過欠壓保護、防雷保護、輸出短路保護、漏電保護及過流保護等保護裝置。我愛方案網的瑞芯微主板方案可作為充電樁設備數據傳輸和處理的核心部件之一，通過無線通信網絡，我愛方案網的瑞芯微主板方案可以實時監(jiān)測充電樁狀態(tài)，將漏電跳閘等危險信號第一時間反饋到平臺進行報警處理，如此“監(jiān)管 ”＋“保護”就能徹底杜絕安全隱患；在緊急情況下按下“按鈕”，樁體瞬間斷電，從而最大程度保障了人身和財產的安全。通過科技的力量提高并且保護能源的有效利用，實現(xiàn)碳中和，推動“雙碳”目標的實現(xiàn)。  

   

 

圖：充電樁的電路保護與濾波    

 

即插即充用戶體驗超越有機APP  

 

充電樁實現(xiàn)互聯(lián)互通，有賴于安全、穩(wěn)定、高效的即時數據傳輸，其核心在于充電樁中內置的通信模組。RK3566 單屏POS收銀機主板方案可完美應用在充電樁  

 

傳統(tǒng)意義上，充電樁數量、直流/交流充電樁充電時長差異是影響用戶體驗的主要因素?！凹床寮闯洹焙汀盁o感支付”帶來新一輪用戶體驗提升，也可大幅提升補能效率。它標志著充電樁智能化/傻瓜化來臨。    

 

國家電網正在加速推廣這項服務，從2019年9月開始上線“即插即充，無感支付”的功能。國網（北京）新能源汽車服務有限公司總經理張琪談到：“我們是北京市第一家實現(xiàn)即插即充的國網單位，從2019年到現(xiàn)在，我們的技術團隊一共完成了4.2萬根公共充電樁的插充的升級，形成了覆蓋219個城市，九縱九橫兩環(huán)城際高速的快速充電網絡?！?/span>

 

主控板，具備4G通信能力，攝像頭接入，多路數據采集，人機交互和計費能力。該方案PCBA有現(xiàn)貨供研發(fā)測試。     

 

圖：即插即充，手機沒電也能充電和支付    

 

即插即沖的用戶反饋聲音，“即插即充比較簡單。那天我手機正好沒電了，其他普通充電樁我還得先把手機充上電才能夠結算，但即插即充就非常方便，插上就充電，拔了可以走。”此前，復雜的充電過程中，會出現(xiàn)充電效率慢、充電等待時間長等問題，而“即插即充”優(yōu)化了用戶的充電體驗，從而減少了用戶等待時間，逐步解決一系列充電難的痛點。充電效率是EV用戶體驗的最重要環(huán)節(jié)。EV車主可以通過手機，查看繳費記錄和在線充值，并且“即插即充”并不是說不用手機APP查看周圍可用的充電樁或在車子充電狀態(tài)下實時查看充電數據。       

 

 

圖：充電樁是一項綜合服務，不僅在一臺設備    

 

在運營車輛中，2021年新能源乘用車總銷量為35.49萬輛，其中純電動車型為34.27萬輛，占比高達66.82%，之前在政府規(guī)定下營運車輛的電動化已經成為主流，而油價的上升，使用成本會讓網約車司機和出租車司機自己根據賬本做出選擇。    

 

直流充電樁方案主要子系統(tǒng)，由檢查控制單元，高功率驅動模塊，高效PFC和友好智能的人機界面。要設計一款成功的EV直流充電電源仍然極具挑戰(zhàn)性。從半導體廠商提供的充電樁解決方案來看，他們基本都給出了完整的參考設計，用戶也可以選取其中的一個子系統(tǒng)用于自己的設計中，這種靈活的設計思路，非常有利于充電樁制造企業(yè)將產品快速推向市場。  

 

直流充電站設計需要專業(yè)知識才能實現(xiàn)精確檢測和控制直接流向汽車電池的電源輸出；同體積內，高功率密度以支持更快、增加輸出功率以縮短充電時間；高效的PFC和直流/直流轉換，通過增加負載來提高效率，降低充電損耗，節(jié)約成本；方便用戶與系統(tǒng)互動的HMI。  

無論是PFC級、直流/直流功率級設計，還是中央控制系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)都是設計高效的直流充電站所需的組成要素，用戶可以直接采用整體的參考設計，亦可根據自己所需選取其中的一個子系統(tǒng)。    

 

充電樁的設計流程  

 

草案設計，使用Matchad或者Excel將所有的參數進行羅列和計算，將所有的器件設計參數導入至輸入級  

 

仿真和最壞情況分析用Mathcad進行初步計算，然后使用Saber做細節(jié)仿真  

 

實測常溫下和各種輸入狀態(tài)下的情況  

 

環(huán)境實驗、EMC實驗摸底  

 

可靠性試驗定性測試    

 

充電樁用元器件選型  

 

一方面要觀察原廠具備充電樁所需元器件：直流充電樁需要的IC與功率器件，包括功率半導體、微控制器、柵極驅動器IC和安全身份驗證解決方案，可滿足EV電池的快速充電需求，以及SoC支持通信互鏈和智能人機界面；另一方面，原廠有完善的設計工具和SDK支持，ST，TI和Infinoen都有較完善的全充電樁用元器件和設計工具支持，國內IC原廠極海、芯旺位和華大半導體也正在積極趕上。   

  

 

圖：TI直流充電站解決方案主要子系統(tǒng)方框圖    

   

 

圖：Infineon整套直流充電解決方案    

 

ST在碳化硅（SiC）和硅功率MOSFET、二極管和保護器件 (TV)、絕緣柵極驅動器、以及高性STM32微控制器上擁有很強的技術實力，由這些器件構成的充電樁解決方案，可幫助充電樁制造商開發(fā)出高效的高功率密度直流快速充電站。  

 

在系統(tǒng)互聯(lián)方面，ST提供CAN收發(fā)器的設計目的是促進電動汽車與充電樁的連接，電力線和芯片上的可編程藍牙低功耗系統(tǒng)確保充電樁與用戶界面的快速連接。  

 

ST直流快速充電站方案的優(yōu)勢在于可以在10-12分鐘內為車輛提供可以行駛100公里的電能，30分鐘能充到電池容量的80%。其主流的解決方案是通過電網和轉換器（功率范圍是120kW或以上， 擁有一個三相輸入功率因數校正（PFC）級和一個獨立的直流-直流轉換器）供電。直流充電站還提供與車輛的安全連接和身份驗證。   

  

 

圖：ST直流快速充電站解決方案方框圖

 

來源：我愛方案網  鏈接：https://www.52solution.com/