【導讀】雖然電動汽車 (EV) 的(de)概(gai)念(nian)與(yu)汽(qi)油(you)車(che)一(yi)樣(yang)早(zao)已(yi)存(cun)在(zai)，但(dan)直(zhi)到(dao)最(zui)近(jin)幾(ji)年(nian)才(cai)被(bei)廣(guang)泛(fan)接(jie)受(shou)。電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)技(ji)術(shu)的(de)長(chang)足(zu)進(jin)步(bu)和(he)政(zheng)府(fu)的(de)大(da)力(li)支(zhi)持(chi)是(shi)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)大(da)受(shou)歡(huan)迎(ying)的(de)原(yuan)因(yin)所(suo)在(zai)。例(li)如(ru)
，歐(ou)盟(meng)決(jue)定(ding)到(dao) 2035 年禁用燃油車
，並規定到 2025 年每 60 公裏必須有一個快速電動汽車充電站，這充分證明了預期需求的激增。

雖然電動汽車 (EV) 的(de)概(gai)念(nian)與(yu)汽(qi)油(you)車(che)一(yi)樣(yang)早(zao)已(yi)存(cun)在(zai)，但(dan)直(zhi)到(dao)最(zui)近(jin)幾(ji)年(nian)才(cai)被(bei)廣(guang)泛(fan)接(jie)受(shou)。電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)技(ji)術(shu)的(de)長(chang)足(zu)進(jin)步(bu)和(he)政(zheng)府(fu)的(de)大(da)力(li)支(zhi)持(chi)是(shi)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)大(da)受(shou)歡(huan)迎(ying)的(de)原(yuan)因(yin)所(suo)在(zai)。例(li)如(ru)，歐(ou)盟(meng)決(jue)定(ding)到(dao) 2035 年禁用燃油車
，並規定到 2025 年每 60 公裏必須有一個快速電動汽車充電站
，這充分證明了預期需求的激增。

隨sui著zhe電dian動dong汽qi車che成cheng為wei主zhu要yao交jiao通tong工gong具ju，電dian池chi續xu航hang能neng力li和he更geng快kuai的de充chong電dian速su度du等deng因yin素su將jiang在zai全quan球qiu經jing濟ji的de持chi續xu發fa展zhan中zhong發fa揮hui關guan鍵jian作zuo用yong。電dian動dong汽qi車che充chong電dian基ji礎chu設she施shi的de改gai進jin需xu要yao在zai各ge個ge領ling域yu都dou取qu得de進jin步bu，而er熱re管guan理li則ze是shi一yi個ge需xu要yao技ji術shu革ge新xin的de關guan鍵jian領ling域yu。

交流和直流電動汽車充電器 - 有什麼區別
？

隨(sui)著(zhe)對(dui)快(kuai)速(su)充(chong)電(dian)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)的(de)需(xu)求(qiu)不(bu)斷(duan)增(zeng)加(jia)，充(chong)電(dian)方(fang)法(fa)也(ye)發(fa)生(sheng)了(le)也(ye)逐(zhu)漸(jian)發(fa)生(sheng)了(le)顛(dian)覆(fu)性(xing)轉(zhuan)變(bian)。一(yi)個(ge)值(zhi)得(de)注(zhu)意(yi)的(de)變(bian)化(hua)是(shi)，直(zhi)流(liu)充(chong)電(dian)器(qi)的(de)使(shi)用(yong)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)。鑒(jian)於(yu)所(suo)有(you)電(dian)池(chi)係(xi)統(tong)本(ben)質(zhi)上(shang)都(dou)是(shi)在(zai)直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)下(xia)運(yun)行(xing)，因(yin)此(ci)直(zhi)流(liu)充(chong)電(dian)器(qi)這(zhe)個(ge)術(shu)語(yu)最(zui)初(chu)可(ke)能(neng)會(hui)顯(xian)得(de)模(mo)棱(leng)兩(liang)可(ke)。然(ran)而(er)，關(guan)鍵(jian)的(de)區(qu)別(bie)在(zai)於(yu)這(zhe)些(xie)係(xi)統(tong)中(zhong)交(jiao)流(liu)到(dao)直(zhi)流(liu)的(de)轉(zhuan)換(huan)發(fa)生(sheng)在(zai)何(he)處(chu)。

傳統的交流充電器通常用於住宅環境，主要是作為一個負責通信
、濾lv波bo和he調tiao節jie車che輛liang的de交jiao流liu電dian流liu的de複fu雜za接jie口kou。隨sui後hou
，車che輛liang內nei的de車che載zai直zhi流liu充chong電dian器qi會hui對dui這zhe些xie電dian能neng進jin行xing整zheng流liu
，並bing為wei電dian池chi充chong電dian。相xiang比bi之zhi下xia
，直zhi流liu充chong電dian器qi在zai向xiang車che輛liang供gong電dian之zhi前qian會hui進jin行xing整zheng流liu，作zuo為wei高gao壓ya直zhi流liu電dian源yuan。

直流充電器的主要優勢在於能夠將電源調節組件從電動汽車內移至外部結構，從而消除了許多與重量和尺寸有關的限製。

圖 1：直流充電器的充電速度明顯加快
，但複雜性高，發熱量大。（圖片來源：CUI Devices）

通(tong)過(guo)減(jian)小(xiao)重(zhong)量(liang)和(he)尺(chi)寸(cun)限(xian)製(zhi)
，直(zhi)流(liu)充(chong)電(dian)器(qi)可(ke)無(wu)縫(feng)集(ji)成(cheng)其(qi)他(ta)組(zu)件(jian)，從(cong)而(er)提(ti)高(gao)電(dian)流(liu)吞(tun)吐(tu)量(liang)和(he)工(gong)作(zuo)電(dian)壓(ya)。這(zhe)些(xie)充(chong)電(dian)器(qi)利(li)用(yong)最(zui)先(xian)進(jin)的(de)半(ban)導(dao)體(ti)器(qi)件(jian)進(jin)行(xing)電(dian)源(yuan)整(zheng)流(liu)
，同(tong)時(shi)使(shi)用(yong)濾(lv)波(bo)器(qi)和(he)功(gong)率(lv)電(dian)阻(zu)器(qi)，所(suo)有(you)這(zhe)些(xie)器(qi)件(jian)在(zai)工(gong)作(zuo)時(shi)都(dou)會(hui)產(chan)生(sheng)大(da)量(liang)熱(re)量(liang)。雖(sui)然(ran)濾(lv)波(bo)器(qi)和(he)電(dian)阻(zu)器(qi)的(de)發(fa)熱(re)占(zhan)比(bi)大(da)，但(dan)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)充(chong)電(dian)係(xi)統(tong)中(zhong)最(zui)主(zhu)要(yao)的(de)發(fa)熱(re)器(qi)件(jian)是(shi)絕(jue)緣(yuan)柵(zha)雙(shuang)極(ji)型(xing)晶(jing)體(ti)管(guan) (IGBT) 。zhezhongbandaotiqijianjinjishinianlaiyuelaiyueduodibeicaiyong。zhezhongjiangunaiyongdebujianweichongdianlingyudailailewuxiankeneng，danquebaoqidedaochongfenlengquerengshiyigezhongdawenti。

應對高溫挑戰

絕緣柵雙極型晶體管 (IGBT) 本質上是場效應晶體管 (FET) 和雙極結型晶體管 (BJT) 的混合體。IGBT 以其承受高電壓的能力、最小導通電阻、快速開關速率和出色的熱恢複性而聞名
，在電動汽車充電器等大功率應用中發揮了極佳的作用。

在電動汽車充電電路中，IGBT 用作整流器或逆變器，其頻繁的開關操作會產生大量熱量。目前
，最主要的熱挑戰是與 IGBT 相關的發熱量大幅增加。在過去的三十年裏
，發熱量從 1.2 kW 飆升到 12.5 kW，增長了十多倍，預計還會進一步增長。下圖 2 從單位表麵積功率的角度說明了這一趨勢。

從這個角度來看，當代 CPU 的功率水平約為 0.18 kW，相當於 7 kW/cm2。這種驚人的差距凸顯了 IGBT 在大功率應用中麵臨的巨大熱管理難題。

圖 2：IGBT 的功率密度有了顯著提高。（圖片來源：CUI Devices）

有兩個因素在提高 IGBT 的冷卻能力方麵發揮著重要作用。首先，IGBT 的表麵積約為 CPU 的兩倍。其次

，IGBT 可以承受更高的工作溫度，最高可達 +170°C ，而現代 CPU 的工作溫度通常隻有 +105°C。

最有效的熱管理方法是將散熱器和強製通風相結合。IGBT 等deng半ban導dao體ti器qi件jian的de內nei部bu熱re阻zu通tong常chang極ji低di，而er該gai器qi件jian與yu周zhou圍wei空kong氣qi之zhi間jian的de熱re阻zu則ze相xiang對dui較jiao高gao。安an裝zhuang散san熱re器qi可ke大da幅fu增zeng加jia向xiang環huan境jing空kong氣qi散san熱re的de可ke用yong表biao麵mian積ji，從cong而er降jiang低di熱re阻zu。此ci外wai，在zai散san熱re器qi上shang引yin導dao氣qi流liu可ke進jin一yi步bu提ti高gao其qi能neng效xiao。鑒jian於yu器qi件jian空kong氣qi界jie麵mian是shi係xi統tong中zhong最zui重zhong要yao的de熱re阻zu，因yin此ci將jiang其qi最zui小xiao化hua至zhi關guan重zhong要yao。這zhe種zhong直zhi接jie方fang法fa的de優you勢shi在zai於yu無wu源yuan散san熱re器qi的de可ke靠kao性xing和he風feng扇shan技ji術shu的de成cheng熟shu性xing。

CUI Devices 專門為電動汽車充電應用定製了散熱器，尺寸可達 950x350x75 mm。這些散熱器能夠以無源方式滿足冷卻要求較低的情況
，或通過強製風冷主動管理要求較高的情況。

圖 3：散熱器和風扇方案能夠高效地冷卻 IGBT。（圖片來源：CUI Devices）

除風冷外
，液冷為 IGBT dengdagonglvqijiandesanretigonglelingyizhongxuanze。shuilengxitongnenggoushixianzuididerezu，yincijijuxiyinli。buguo，yufenglengfanganxiangbi
，shuilengxitongchengbengenggao
，yegengfuza。zhidezhuyideshi

，jishizaishuilengzhuangzhizhong
，sanreqihefengshanrengranshishixianxitongyouxiaosanredezhongyaobujian。

考慮到相關成本和複雜性
，使用散熱器和風扇直接冷卻 IGBT 仍是首選。正在進行的研究工作的重點是加強專門針對 IGBT 應用的風冷技術。這項積極的研究旨在優化散熱，同時最大限度地降低與液冷方法相關的成本和係統複雜性。

熱係統設計考慮因素

冷(leng)卻(que)係(xi)統(tong)是(shi)否(fou)有(you)效(xiao)在(zai)很(hen)大(da)程(cheng)度(du)上(shang)依(yi)賴(lai)於(yu)有(you)策(ce)略(lve)地(di)放(fang)置(zhi)組(zu)件(jian)
，以(yi)優(you)化(hua)氣(qi)流(liu)並(bing)增(zeng)強(qiang)熱(re)量(liang)分(fen)布(bu)。各(ge)個(ge)部(bu)件(jian)之(zhi)間(jian)的(de)間(jian)距(ju)不(bu)足(zu)會(hui)阻(zu)礙(ai)氣(qi)流(liu)
，並(bing)限(xian)製(zhi)可(ke)使(shi)用(yong)的(de)散(san)熱(re)器(qi)尺(chi)寸(cun)。因(yin)此(ci)，在(zai)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)中(zhong)有(you)策(ce)略(lve)地(di)放(fang)置(zhi)關(guan)鍵(jian)的(de)發(fa)熱(re)部(bu)件(jian)以(yi)促(cu)進(jin)高(gao)效(xiao)冷(leng)卻(que)是(shi)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)的(de)。

除chu了le部bu件jian的de放fang置zhi，熱re傳chuan感gan器qi的de放fang置zhi位wei置zhi也ye同tong樣yang重zhong要yao。在zai直zhi流liu電dian動dong汽qi車che充chong電dian器qi等deng大da型xing係xi統tong中zhong

，控kong製zhi係xi統tong提ti供gong的de實shi時shi溫wen度du監jian控kong在zai主zhu動dong熱re管guan理li過guo程cheng中zhong發fa揮hui著zhe極ji其qi重zhong要yao的de作zuo用yong。根gen據ju溫wen度du讀du數shu自zi動dong調tiao節jie冷leng卻que機ji製zhi，可ke優you化hua係xi統tong性xing能neng，並bing通tong過guo調tiao節jie電dian流liu輸shu出chu或huo風feng扇shan轉zhuan速su防fang止zhi過guo熱re。不bu過guo，這zhe些xie自zi動dong調tiao節jie的de準zhun確que性xing取qu決jue於yu溫wen度du傳chuan感gan器qi的de質zhi量liang和he精jing度du。傳chuan感gan器qi位wei置zhi不bu當dang會hui導dao致zhi溫wen度du讀du數shu不bu準zhun確que
，從cong而er使shi係xi統tong反fan應ying無wu效xiao。因yin此ci
，必bi須xu仔zai細xi考kao慮lv熱re傳chuan感gan器qi的de位wei置zhi，以yi確que保bao溫wen度du監jian控kong的de準zhun確que性xing和he可ke靠kao性xing。

環境因素

電動汽車充電站通常位於室外環境中，會受到各種天氣條件的影響。因此
，要保持最佳的散熱性能，就必須設計具有適當通風且防雨、防極端溫度等因素影響的耐候性機櫃。確保氣流路徑和通風係統的設計既能防止進水
，又能保持氣流暢通無阻，這一點至關重要。

zaigezhongwaibuyinsuzhong
，yangguangzhishezaochengdetaiyangfushejiareshiyixiangzhongdatiaozhan
，huidaozhichongdianqiwaikeneidewendudafushenggao。suiranzheshigeheliguanqie，danzuiyouxiaodejiejuefanganquexiangduijiandan。caiyongjingxinshejidezheyangjiegou，bingzaizheyangbanhechongdianzhuangzhizhijiantigongchongzudeqiliu
，keyouxiaohuanjietaiyangfushejiare，congerbaochichongdianqiwaikeneijuyoujiaodidehuanjingwendu。

圖 4：遮擋陽光直射充電器是一種經濟高效的熱管理策略。（圖片來源：CUI Devices）

接下來是什麼？

近jin年nian來lai
，電dian動dong汽qi車che在zai全quan球qiu範fan圍wei內nei的de普pu及ji率lv顯xian著zhu提ti高gao，各ge種zhong技ji術shu領ling域yu的de需xu求qiu都dou呈cheng現xian出chu持chi續xu大da幅fu增zeng長chang的de態tai勢shi。隨sui著zhe道dao路lu上shang行xing駛shi的de電dian動dong汽qi車che數shu量liang不bu斷duan增zeng加jia
，充chong電dian基ji礎chu設she施shi的de普pu及ji預yu計ji也ye將jiang同tong步bu擴kuo大da。充chong電dian器qi的de有you效xiao運yun行xing和he效xiao率lv對dui這zhe一yi新xin興xing充chong電dian基ji礎chu設she施shi的de發fa展zhan至zhi關guan重zhong要yao。成cheng本ben效xiao益yi也ye是shi一yi個ge關guan鍵jian因yin素su，因yin為wei個ge人ren和he企qi業ye將jiang這zhe些xie充chong電dian器qi集ji成cheng到dao其qi家jia庭ting和he機ji構gou中zhong的de速su度du取qu決jue於yu經jing濟ji承cheng受shou能neng力li。

預計電動汽車和充電器將持續增長
，我們必須認識到基礎技術不斷發展的本質。這就需要考慮充電功率和容量的潛在進步、軟件和硬件標準的發展，並為不可預見的創新留出空間。這種積極主動的方法可確保熱管理係統能夠適應不斷變化的需求。

就其核心而言，電動汽車充電器與其他高密度、大功率電子設備有著類似的熱管理問題。然而，電動汽車充電器中使用的絕緣柵雙極型晶體管 (IGBT) 的(de)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)，以(yi)及(ji)對(dui)其(qi)不(bu)斷(duan)升(sheng)級(ji)的(de)要(yao)求(qiu)，給(gei)我(wo)們(men)帶(dai)來(lai)了(le)獨(du)特(te)的(de)挑(tiao)戰(zhan)。隨(sui)著(zhe)充(chong)電(dian)速(su)度(du)和(he)電(dian)池(chi)容(rong)量(liang)的(de)不(bu)斷(duan)增(zeng)加(jia)，安(an)全(quan)有(you)效(xiao)地(di)開(kai)發(fa)充(chong)電(dian)器(qi)的(de)要(yao)求(qiu)也(ye)越(yue)來(lai)越(yue)嚴(yan)格(ge)
，對(dui)熱(re)管(guan)理(li)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)和(he)工(gong)程(cheng)師(shi)的(de)要(yao)求(qiu)也(ye)比(bi)以(yi)往(wang)更(geng)高(gao)。

CUI Devices 提供全麵的熱管理組件以及行業領先的熱設計服務，以支持電動汽車充電生態係統不斷發展的需求。

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