近年来，全球交通运输范畴的电动化得到了飞速发展。到2012年末，全球电动轿车(EV)数量到达约18万辆。据世界动力署(IEA)的《全球电动轿车展望》陈述，这个数字在2014年末增长了3.7倍，到达66.5万多辆。该陈述还猜测，到2020年将约有2 000万辆电动轿车在道路上行使。
跟着电动轿车的快速增长，为延伸车辆的行进旅程，人们对充电基础设施的需求也随之“水涨船高”。电动轿车充电站，也称为电动轿车供应设备(EVSE)，为电动轿车供电，一起供给网络互连。在本篇文章傍边，电动轿车(EV)包含充电式电动轿车或纯电动轿车(BEV)、电动公交车和插电式混合动力车辆(PHEV)。图1展现了一台作业中的电动轿车充电站。
图1 这是电动轿车在充电站充电的常见场景
IHS轿车部分猜测;全球电动轿车充电站的装置量将从2014年的100万个激增到2020年的1360万个。据这个商场研讨公司估量：到时美洲的装置量将到达430万个;欧洲、中东和非洲(EMEA)区域的装置量将到达 410万个;亚洲(包含日本)的装置量将到达530万个。
各国政府如德国、我国和美国都正在逐渐将更多的资金用于开发充电基础设施。例如，我国计划到2020年制作450万个电动轿车充电站。据我国中央政府网站的报导，这将协助完成到2020年将纯电动轿车和插电式混合动力车辆的累计生产量和销售量进步到500万台的方针。依据2014年年末建成31000个充电站的现实[注5]，要完成制作450万个充电站的方针意味着复合年增长率(CAGR)需求到达129%。
充电站规范
在电动轿车充电基础设施带来宽广的商场机会的一起，也带来了亟需处理的严峻应战。其间一个应战便是充电体系要害部件缺少一致的规范，比方充电线、维护机制、额外功率、插头类型、耦合器装备和通讯等。与沟通慢速充电比较，这些问题在快速充电体系傍边更为显着，这是由于快速充电体系一般装置在同享的公共或半公共的区域。清楚明了，体系不兼容会让同享变得困难。
世界电工委员会(IEC)创立了一整套掩盖电动轿车充电的规范。例如，IEC 61851-1：2010 EV适用于以高达1000 V规范沟通电和高达1500 V直流电给电动轿车充电的车载和非车载设备。IEC 61851-23：2014则规则了对直流电动轿车充电站的要求。此外，IEC 62196-3：2014规则了对电动轿车充电耦合器的特定要求。
在全球规模内，快速充电体系现在面临着相互竞争的规范——一个是日本工业界选用的CHAdeMO协议，另一个是美国和德国轿车制造商,选用的世界自动机工程师学会(SAE International)推出的J1772联合充电体系规范(CCS，又称“Combo”规范)。这些规范在额外功率、耦合器规划、及EVSE和EV之间的通讯协议等方面的规范参数各不相同。
不过，也有人指出“没有规范之争”，这是由于他们的充电体系规划将悉数功用集成在一起，一起契合CHAdeMO以及SAE规范。其间一个比方是ABB公司的Terra 53充电站。另一个相对较新的竞争性规范是我国近来批阅经过的GB / T 20234——修订版。某些规划，如特斯拉的超级充电站，运用专门的充电技能。
沟通仍是直流充电?
暂时不管规范的复杂性，现在主要有两种办法将电力从车辆外部运送到车辆内部的电池：沟通(ac)或直流(dc)。电网经过沟通输电，而存储在车载电池中的则为直流电。因而，需求充电器来做转化作业。
依据充电器是装置在车辆内部仍是外部，可分为车载充电器(OBC)和非车载充电站。车载充电器承受来自家里以及顾客作业场所的主电力供应源供给的沟通电，并将其转化为直流电以供电池充电。一般情况下，沟通充电速度缓慢，这是由于这种充电器答应的额外功率受到约束——这是由于可答应的分量、空间和本钱所构成的。
直流充电法一般用于非车载充电站傍边。它将直流电直接注入到车辆内部的电池。由于直流充电设备装置在固定方位，且没有巨细的约束，它的额外功率可高达数百千瓦。
图2 直流快速充电法将充电时刻从小时级缩短至分钟级
例如，SAE J1772规范将DC Level 2的规范进步到100 kW。CHAdeMO规范则将50千瓦看成是最佳的输出功率，一起考虑到了在充电站所在地获取最大功率的本钱，以及电池的充电时刻。特斯拉的超级充电站由多个并行作业的Model S充电器组成，可为电池运送高达120千瓦的直流电。这个充电速度相当于在约30分钟内充溢行进170英里旅程所需的电力。直流快速充电法将充电的时刻从小时级缩短至分钟级。图2展现了沟通和直流两种充电方法。下表则列出了在沟通和直流充电各自答应的最大充电功率和预估的充电时刻，以供我们参阅。
沟通电(ac)和直流电(dc)充电器的充电速度各不相同，两者关于习惯电动轿车驾驭员的不同生活方法都是至关重要的。例如，电动轿车驾驭员能够在时刻富余的时分，比方呆在家里或作业场所的时分，运用沟通电充电。比较之下，直流快速充电能够大大削减充电时刻，以便让电动轿车司机更快地持续他们的旅程。快速充电是成功推出能削减顾客旅程焦虑(特别是长途驾驭)的电动轿车的一个要害要素。
充电站拓扑结构和安全阻隔
电动轿车充电站的车载电子体系以及电动轿车充电站的一切功用都需求考虑到安全阻隔的需求。车载体系包含高压电池办理体系、dc-dc转化器、电动机驱动逆变器及车载充电器。关于车载体系而言，光耦合器必须在阻隔功用方面具有更好的可靠性和安全性，包含栅极驱动、电流/电压感应和数字通讯等。这篇文章中的评论将会集在适用于非车载充电站规划的阻隔处理方案，一般工业级器材就现已足够了。
一般来说，一个电动轿车充电站一般包含的功用块有AC-DC整流器、功率因数校对(PFC)和DC-DC转化器，以将电压调理到适合于为车辆电池充电的水平。图3是一个直流充电站的功用模块规划简图。在高频阻隔的拓扑结构傍边，电气阻隔功用经过高频变压器在dc-dc转化器中供给。此外，多个阻隔设备供给各种信号阻隔功用，一起在高电压电和低压操控器之间坚持安全的阻隔。在一切的这些部分，MOSFET和IGBT功率器材用于履行开关功用。
图3 充电操控中心进行核算和履行操控指令，以完成规划功用
坐落体系中心的是在微操控单元(MCU)，操控功率要素纠正(PFC)和带有脉宽调制(PWM)信号的dc-dc 转化器。充电操控体系依据电压、电流的信息和其他数据如温度和用户输入等，进行核算和履行操控指令，然后完成所规划的功用。数字通讯端口用于EVSE和电动轿车充电操控中心之间的通讯，之后接入云端，用于陈述充电数据、长途监控和确诊等。
光耦合器供给电流阻隔和高效充电功用
如图3所示，阻隔式安全栅沿着多个光耦的耦合点构成的线上构建。这一点在确保规划契合安全监管规范方面很重要。除了电气阻隔，在电源转化器中包含EV充电站中电源转化器中需求要点重视的别的一个重要要素是电力转化功率。本文介绍了怎么运用目录[注17]中的几个光耦，以施行高效的充电站规划，并确保安全阻隔。
栅极驱动器
在电动轿车充电站傍边，MCU改动PWM信号，以翻开或封闭MOSFET或IGBT，并调整每种状况的持续时刻，以依据电池充电形式来调理输出电压/电流。从MCU 输出的PWM信号一般需求扩大，以添加输出电流，并以期望的频率切换电子器材。这是经过选用名为“栅极驱动器”的器材来驱动MOSFET或IGBT栅极来完成的。
现在，一些栅极驱动器供货商供给一整套的产品组合，包含从根本的栅极驱动器到功用丰厚的集成栅极驱动器，以满意高效驱动和维护功用的规划需求。比方，ACPL-W346栅极驱动器供给2.5 A输出电流、轨到轨的输出电压规模，以及极短的55-ns传达延迟时刻。这些电气规范参数关于需求确保高电力转化功率的规划来说都是必不可少的。这部分封装在SSO-6小型外表贴装器材傍边，依照UL1577规范，每分钟的额外绝缘电压为5000 VRMS;依照IEC / EN / DIN EN 60747-5-5规范能够到达1140 VPEAK。经过这些规范意味着操控器和用户的安全将得到确保。
在电动轿车充电站的规划傍边，除了挑选最佳的电源转化拓扑结构之外，挑选先进的电力器材和适宜的栅极驱动器能够协助完成功率方针。碳化硅(SiC)的MOSFET敏捷呈现在商用电力设备商场上，和传统的依据硅资料的MOSFET和IGBT比较，它能够供给几个优点。其间一个优点是削减了开关损耗，由于高压 SiC MOSFET不会产生IGBT傍边呈现的拖尾电流损耗。此外，SiC MOSFET的电流密度高，晶元尺度小，和硅MOSFET比较，电容更低。因而，能够完成较高的切换频率，然后进步体系的功率。
图4 经过Avago栅级驱动和Cree SiC MosfETs提高功率
