直流超快充電樁方案設(shè)計必知的常見拓?fù)浣馕?/h1>

充電時間是消費(fèi)者和企業(yè)評估購買電動汽車的一個主要考慮因素，為了縮短充電時間，業(yè)界正在轉(zhuǎn)向直流快速充電樁(DCFC)和超快速充電樁。超快速DCFC和超快速充電樁繞過了電動汽?的車載充電機(jī)(OBC)，直接向電池提供更?的功率，并根據(jù)電池容量以200A-500A的額定電流進(jìn)?充電，以更高功率充電來實(shí)現(xiàn)大幅減少充電時間的目標(biāo)。

正如安森美(onsemi)電源方案部執(zhí)行副總裁兼總經(jīng)理Simon Keeton日前在CES2024上接受采訪時所述，電動汽車市場數(shù)量的不斷激增，為緩解消費(fèi)者對其里程焦慮與充電焦慮，配置雙向OBC可以實(shí)現(xiàn)快速充電，還可將電動汽車當(dāng)作分布式儲能站回饋電網(wǎng)幫助消峰填谷，是一種頗具成本效益的方法。此外，他還表示從化石能源到光伏等新型能源基礎(chǔ)設(shè)施以及儲能系統(tǒng)，通過DCFC為電動汽車高效充電，是實(shí)現(xiàn)可再生能源轉(zhuǎn)型的大趨勢，對此安森美有著一系列的創(chuàng)新技術(shù)與產(chǎn)品能夠為汽車合作伙伴帶來優(yōu)化的解決方案。

為了實(shí)現(xiàn)更快的充電，以適配更高的電動汽車電池電壓并提高整體功率效率，DCFC必須在更高的電壓和功率水平下運(yùn)行，這給OEM制造商帶來的挑戰(zhàn)是必須設(shè)計一種能在不影響可靠性或安全性的情況下優(yōu)化效率的架構(gòu)。由于DCFC和超快充電樁集成了各種元器件，包括輔助電源、傳感、電源管理、連接和通信器件，同時需要采?靈活的制造?法以滿?各種電動汽?不斷變化的充電需求，這給DCFC和超快速充電樁設(shè)計帶來更多的復(fù)雜性。

圖1. 直流快速充電樁主要模塊概覽

不同的制造商可提供額定電流為40A、48A和80A的商用2級交流充電樁。此外，制造商還開發(fā)了雙向2級交流充電樁以?持配備雙向OBC（功率?達(dá)11-22kW）的電動汽?。

圖2顯?出交流充電和直流充電之間的差異，對于交流充電（圖2左側(cè)），將OBC插?標(biāo)準(zhǔn)交流插座，OBC將交流電轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1534453.html">直流電為電池充電。對于直流充電（圖2右側(cè)），充電樁直接給電池充電。

圖2. 交流充電和直流充電概念圖，資料來源：Yolé Development

當(dāng)今的電動汽?配備了最?額定功率為22kW的依靠交流充電的OBC，而直流充電可提供更?的功率（通常為25kW-400kW，在某些情況下?達(dá)1MW）并繞過OBC直接向電池充電，這大大節(jié)省充電時間以及增加的便利性為電動汽?帶來了更多的使用場景。如果電動汽?需要八小時才能充滿電，對于?途駕駛來說則并不實(shí)?。

借助超快速充電樁，電動汽?可以在駕駛員休息時?量充電，從?增加?輛通?性。因此，到2030年，快速和超快速直流充電樁的復(fù)合年增長率預(yù)計將超過30%以上（來源：Yolé Development）。

?多數(shù)新型DCFC充電樁均采?雙CCS連接器和24英尺長電纜來開發(fā)，可根據(jù)電動汽車的電池容量以100A-300A的速率對電動汽車進(jìn)行充電，下一代直流超快充電樁可以以高達(dá)500A的大電流充電，并提供400kW的功率。另一個例子是特斯拉充電樁，在其135kW和350kW充電站中使用專用的NACS連接器。福特、通用汽車、Rivian和其他充電樁制造商如ChargePoint、EVGo、Triump和Blink都支持在未來的電動汽車和充電樁中使用NACS連接器。

事實(shí)上，為助力客戶電動汽車直流超快速充電樁DCFC和儲能系統(tǒng)ESS提供雙向充電功能設(shè)計，在前不久的一次采訪中，安森美電源方案事業(yè)群工業(yè)方案部高級總監(jiān)Sravan Vanaparthy提到安森美已推出了九款全新EliteSiC功率集成模塊(PIM)，基于碳化硅的解決方案將具備更高的效率和更簡單的冷卻機(jī)制，顯著降低系統(tǒng)成本，與傳統(tǒng)的硅基IGBT解決方案相比，尺寸最多可減小40%，重量最多可減輕52%。這更緊湊、更輕的充電平臺，將為設(shè)計人員提供快速部署可靠、高效和可擴(kuò)展的直流快充網(wǎng)絡(luò)所需的所有關(guān)鍵構(gòu)建模塊，實(shí)現(xiàn)在短短15分鐘內(nèi)將電動汽車電池充電至80%。該系列PIM采用第三代M3S SiC MOSFET技術(shù)，提供超低的開關(guān)損耗和超高的效率，同時支持多電平T型中性點(diǎn)鉗位(TNPC)、半橋和全橋等關(guān)鍵拓?fù)?，支?5kW至100kW的可擴(kuò)展輸出功率段，采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)F1和F2封裝，可選擇預(yù)涂熱界面材料(TIM)和壓接引腳，能夠?qū)崿F(xiàn)最佳熱管理，避免因過熱導(dǎo)致的系統(tǒng)故障。正如Vanaparthy所強(qiáng)調(diào)的：“全面的PIM產(chǎn)品組合用于市場上的關(guān)鍵拓?fù)?，這使設(shè)計人員能夠靈活地為直流快速充電或儲能系統(tǒng)應(yīng)用中的功率轉(zhuǎn)換級選擇合適的 PIM。此外，安森美擁有的全垂直整合碳化硅供應(yīng)鏈，不僅有助于快速擴(kuò)大產(chǎn)能，還確保了產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。”

直流快速充電樁

設(shè)計DCFC充電樁時，有幾個影響架構(gòu)設(shè)計和元器件選擇的關(guān)鍵因素需要考慮：

?標(biāo)效率

首先，確定需要優(yōu)化效率的電壓和功率范圍?常重要。由于充電樁在充電過程中以不同的功率運(yùn)?，因此系統(tǒng)應(yīng)該針對對電力輸送效率影響最?的情況進(jìn)?優(yōu)化。

分立設(shè)計或功率集成模塊

分立設(shè)計提供了最?的靈活性，但需要更復(fù)雜的開發(fā)過程。?模塊化提供了許多使?分立設(shè)計難以實(shí)現(xiàn)的性能優(yōu)勢。例如，模塊在單個緊湊的封裝中集成了多個功率器件，簡化了機(jī)械裝配，優(yōu)化了熱管理，提高了可靠性，并降低了電壓尖峰和高頻電磁干擾（EMI）。

電路拓?fù)?/a>

所選擇的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（即兩電平或三電平）以及充電樁是否需要單向或雙向供電將最終影響元器件的選擇，有許多拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可?于實(shí)現(xiàn)直流充電樁的功率因數(shù)校正(PFC)和DC?DC轉(zhuǎn)換。

本文將詳細(xì)介紹該應(yīng)?中使?的各種隔離式DC?DC拓?fù)?，DC?DC轉(zhuǎn)換常?拓?fù)淙缦拢?/p>

• 相移全橋
• 全橋LLC
• 變頻和相移CLLC
• 交錯三相LLC
• 雙有源橋(DAB)

這些拓?fù)浒ú捎?50V或1200V開關(guān)和二極管的兩電平和三電平系統(tǒng)。

隔離式直流電壓轉(zhuǎn)換拓?fù)?/strong>