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(chǎn)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(dǎo)體原廠和方案商也將站在風(fēng)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(dāng)下油價飆升、充電樁體系完善、電車品質(zhì)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(shù)創(chuàng)新中心主任、總經(jīng)理，中國汽車芯片產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書長原誠寅給出數(shù)據(jù)，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(yīng)大約13度電的電耗，但它們對應(yīng)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(shù)據(jù)顯示，2021年，新能源汽車產(chǎn)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(guān)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(shù)據(jù)，5月國內(nèi)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(nèi)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(chǔ)信息技術(shù)設(shè)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(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)集合在一起，從而讓人、車、充電樁得以實現(xiàn)“對話”，已經(jīng)成為一種趨勢。因為手機是個人通信和掌上結(jié)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(yù)判充電樁將拯救手機市場。  

 

充電樁的產(chǎn)業(yè)鏈和功能需求趨勢  

 

狹義充電樁產(chǎn)品設(shè)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(chǎn)業(yè)鏈環(huán)境來看生態(tài)關(guān)系，它有三個環(huán)節(jié)，位于產(chǎn)業(yè)鏈上游的是建設(shè)充電樁所用元器件、方案商和所需設(shè)備的制造商，產(chǎn)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(wǎng)），產(chǎn)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(shù)據(jù)    

 

從充電設(shè)備的類型來看，目前的充電基礎(chǔ)設(shè)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(yīng)用規(guī)模較小，無線充電雖然呼聲較高，但尚未形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。     

 

 

我愛方案網(wǎng)：電動汽車交流充電樁方案   

 

直流充電樁：技術(shù)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(chǔ)設(shè)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(chǔ)設(shè)施分類    

 

直流充電樁充電時間短，平均功率在100－120kW。根據(jù)市場統(tǒng)計數(shù)據(jù)，全球商用直流充電設(shè)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(shè)備投入成本，約占充電樁總成本的90%。充電樁所需設(shè)備主要包括充電模塊、有源濾波設(shè)備、監(jiān)控計費設(shè)備、電池維護設(shè)備等。以直流充電樁為例，充電模塊是其核心設(shè)備，主要用于將交流電轉(zhuǎn)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(shè)備約占15%，監(jiān)控計費設(shè)備和電池維護設(shè)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(shù)據(jù)傳輸，其核心在于充電樁中內(nèi)置的通信模組。我愛方案網(wǎng)多款瑞星微主板方案可完美應(yīng)用在充電樁主控板，具備4G通信能力，攝像頭接入，多路數(shù)據(jù)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(qū)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(yīng)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(wǎng)的瑞芯微主板方案可作為充電樁設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸和處理的核心部件之一，通過無線通信網(wǎng)絡(luò)，我愛方案網(wǎng)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(chǎn)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(shù)據(jù)傳輸，其核心在于充電樁中內(nèi)置的通信模組。RK3566 單屏POS收銀機主板方案可完美應(yīng)用在充電樁  

 

傳統(tǒng)意義上，充電樁數(shù)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。“即插即充”和“無感支付”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(wǎng)正在加速推廣這項服務(wù)，從2019年9月開始上線“即插即充，無感支付”的功能。國網(wǎng)（北京）新能源汽車服務(wù)有限公司總經(jīng)理張琪談到：“我們是北京市第一家實現(xiàn)即插即充的國網(wǎng)單位，從2019年到現(xiàn)在，我們的技術(shù)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(wǎng)絡(luò)。”

 

主控板，具備4G通信能力，攝像頭接入，多路數(shù)據(jù)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(jié)算，但即插即充就非常方便，插上就充電，拔了可以走。”此前，復(fù)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(shù)據(jù)。       

 

 

圖：充電樁是一項綜合服務(wù)，不僅在一臺設(shè)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(jīng)成為主流，而油價的上升，使用成本會讓網(wǎng)約車司機和出租車司機自己根據(jù)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(qū)動模塊，高效PFC和友好智能的人機界面。要設(shè)計一款成功的EV直流充電電源仍然極具挑戰(zhàn)性。從半導(dǎo)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(shè)計，用戶也可以選取其中的一個子系統(tǒng)用于自己的設(shè)計中，這種靈活的設(shè)計思路，非常有利于充電樁制造企業(yè)將產(chǎn)品快速推向市場。  

 

直流充電站設(shè)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(nèi)，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(zhuǎn)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(shè)計，還是中央控制系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)都是設(shè)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(shè)計，亦可根據(jù)自己所需選取其中的一個子系統(tǒng)。    

 

充電樁的設(shè)計流程  

 

草案設(shè)計，使用Matchad或者Excel將所有的參數(shù)進行羅列和計算，將所有的器件設(shè)計參數(shù)導(dǎo)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(dǎo)體、微控制器、柵極驅(qū)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(shè)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(shè)計工具支持，國內(nèi)IC原廠極海、芯旺位和華大半導(dǎo)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(qū)動器、以及高性STM32微控制器上擁有很強的技術(shù)實力，由這些器件構(gòu)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(shè)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(nèi)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(wǎng)和轉(zhuǎn)換器（功率范圍是120kW或以上， 擁有一個三相輸入功率因數(shù)校正（PFC）級和一個獨立的直流-直流轉(zhuǎn)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(wǎng)  鏈接：https://www.52solution.com/