國際標準化組織 （ISO） 的工作組已經制定了從大功率充電站 （H PC） 的工作範圍和充電時間到通訊和介面等方方面面的標準。 在歐洲和美國，已經啟動了與Charin（電動汽車充電介面倡議）及其提出的“組合充電系統”（CCS）的合作。 其他國家也制定了類似的標準，包括日本的CHAdemo和中國的GB T。 某些汽車製造商也專注於開發專有充電解決方案。 對於希望參與這個市場的製造商來說，模組化方法是顯而易見的方法。 本文將討論如何通過模組化方法實現這一點。
幾十年來，車主們在不知不覺中被無處不在的加油站網路寵壞了。 他們根本沒有想到必須在加油站周圍規劃最佳路線的想法。 但是，重要的是要考慮購買或租賃純電動汽車。
BEV），這可能是首先想到的問題之一。雖然許多人主要將電動汽車用於範圍內的短途旅行，但也有例外，例如週末旅行或年假需要充電。
當停在家裡時，我們的 BEV 可以在一夜之間緩慢充電。 許多大城市和城鎮也開始部署公共充電站，這樣我們也可以在購物時為汽車充電。 現實情況是，至少對於長途旅行，電動汽車的充電時間需要接近內燃機車加油所需的時間。 乙個22kW的家用交流充電樁充電120分鐘後，可提供約200公里的續航里程。 如果您想將這個時間減少到 7 分鐘，您需要乙個 350kW 的快速直流充電站。
對於希望參與這個市場的製造商來說，選擇模組化解決方案是顯而易見的選擇。 模組化方法有助於重複使用最終產品的某些元件，例如通用外殼和冷卻解決方案，同時根據目標市場的需求選擇介面、電纜和電子元件。
快速直流充電樁的電力電子設計方法
具有快速充電大功率充電站 （HPC） 的充電站需要專用的低壓或中壓 （LV MV） 電氣基礎設施為其供電。 預計主要安裝在城際交通幹線沿線的高速公路服務站等場所。 輸入交流電源將電能傳輸到隔離變壓器，然後從次級側轉換為直流電。 使用雙次級繞組 y 變壓器是一種常見的解決方案。
圖 1：使用 1200V CoolSictm MOSFET 模組可以輕鬆實現整流單元。
圖 2：採用 Easy 2B 封裝的半橋模組（例如 F3L15MR12W2M1 B69）是維也納整流的理想選擇。
這些移相變壓器與多脈衝整流器結合使用，並串聯或併聯執行，以降低輸入端的諧波含量。 在這種設計中，雖然可以通過選擇合適的直流直流拓撲來實現隔離，但也需要具有改進諧波含量的變壓器。 這裡要做出的第乙個設計決策是使用通用交流匯流排還是通用直流匯流排。
在通用交流母線方法的情況下，變壓器的次級側為多個交流直流整流器單元供電，而這些整流器單元又為它們自己的直流單元供電。 這種方法的優點是它簡化了充電樁的整體設計概念。 然而，每個AC DC整流器單元都需要濾波器、控制器和感測器，這使得總成本更高。 目前，不強制支援面向電網的能量回收，例如車輛到電網（V2G）和車輛到建築物（V2B））。但是，如果這種要求發生變化，將進一步增加成本和複雜性。
通用直流母線方式是指乙個交流直流整流器單元輸出直流電壓，為所有直流單元供電。 這種方法已被證明是優越的，因為它減少了元件的數量和成本，同時還提高了整體效率。 當 V2G 和 V2B 成為強制性要求時，公升級將更容易。 直流母線也更容易與可能部署的其他能源系統（例如，本地電池儲能系統、光伏發電系統等）整合。 最後，目前的直流充電樁標準還支援在集中式充電站中使用單個整流單元作為多個電池充電器的前端。 主要缺點是這種大功率整流單元的體積會比較大。
支援 2-3MW 功率的充電站更喜歡通用直流母線解決方案，可用於為 6-8 個大功率直流充電單元供電。
AC DC整流單元介紹
得益於最新的功率電晶體技術、高效能微控制器 （MCU） 和數字訊號處理器 （DSP），高效 AC DC 整流器電路成為可能。 一方面，它們確保了正弦電流的提取、低諧波失真（THDI 5%）和電網有功和無功功率的獨立控制，另一方面確保了動態響應的及時控制。 在功率因數校正模式下執行可確保消除電網的無功功率損耗。 最後，如果所選拓撲支援直流側和交流側之間的雙向能量流，則它變得相當簡單。
兩電平電壓源轉換器（2L-VSC）是應用最廣泛的拓撲結構之一。 它由 6 個開關器件陣列（通常為 IGBT 或 SiC MOSFET）和乙個電容器組成，該電容器充當輸出電壓高於輸入電壓的直流母線。 整流單元還支援雙向能量流，並提供完全可調的功率因數。 開關控制可以是脈寬調變 （PWM） 或空間向量調製 （SVM）。
借助 B11 FS45MR12W1M1 1200V CoolSictm MOSFET 模組，可以輕鬆實現該整流單元（圖 1）。 該模組由六個開關器件組成，所有這些器件都整合在同乙個 EasyPackTM 1B 封裝中，該封裝採用低雜散設計和整合 NTC 溫度感測器。 也可以考慮半橋解決方案，例如採用 EasyDualTM 1B 封裝的 FF11MR12W1M1 B11。 根據這些器件的設計，在25-45kHz的開/關頻率下，功率可以達到60至100kW。
如果不需要雙向能量流，維也納三相三電平整流器將成為一種流行的解決方案。 它只需要三個有源開關，能夠進行正負公升壓功率因數校正 （PFC）。 當控制電路發生故障時，它可以防止損耗。
如果輸出端子或輸入端子發生短路，它甚至可以正常工作而不會丟失相位輸入。 使用分立元件進行組裝可能是一項繁重的工作，但在高功率應用中，整合電源模組更常用。
通過使用基於 Easy 2B 封裝的 SIC 模組 F3L15MR12W2M1 B69，可以實現正負公升壓 PFC Vienna 整流器（圖 2）。 每個模組包含兩個 1200V 快速整流二極體、兩個 1600V 慢速整流二極體和兩個 1200V、15M SiC MOSFET。 Easy 2B 封裝中的三個模組可以輕鬆設計緊湊、高電流、低損耗的整流器單元（圖 3）。
可變直流輸出充電電壓
Charin定義了一種直流充電器，該充電器支援200V至920V的輸出電壓，可提供500A的最大電流，並且可以在高達350kW的功率範圍內執行。 有一系列隔離式和非隔離式 DC DC 拓撲可用於應對這一挑戰。
無論選擇哪種拓撲，都必須滿足幾個關鍵要求。 物理尺寸和總體成本是關鍵要求，但也必須遵守電磁干擾 （EMI） 法規。 同時，零電壓或零電流開關（ZVS ZCS）可實現最大效率並支援所需的最大功率。 最後，確保輸出端的電壓和電流紋波最小化，從而防止電池過熱。
無花果：用easy 2b vienna整流器和全橋dc/dc模組60kw高效設計。
高開關頻率 （hf隔離變壓器的拓撲結構（例如，全橋l_l_c諧振轉換器）在諧振頻率下是已知的。
它以其最高的效率而聞名。 由於初級側開關工作在zvs，次級側二極體工作在zcs因此，它們本質上也很高效。 不幸的是，支援所需的寬輸出電壓範圍使得以這種方式開發充電站非常具有挑戰性。
考慮到輸出功率大於100kw，並且可以通過電網側變壓器確保隔離，因此可以使用非隔離公升降壓轉換器。 在多相配置中，它可以達到最高效率。 這種方法還可以顯著減少by的數量。
電壓波動引起的電流波動。 模組化設計使其尺寸和操作引數易於調整，以適應各種要求，包括輸出、效能或外形尺寸的變化。
熱解決方案
雖然電源轉換器現在可以達到令人難以置信的效率水平，但當快速直流充電器滿載執行時，只有，相當於那裡3.5kw功率以熱量的形式耗散。 僅電纜就可以增加每公尺100w額外的磨損。 強制風冷已不能滿足大功率充電樁（hpc不僅電力電子裝置，而且端子和電纜都需要用液體冷卻來冷卻。
這裡的挑戰在於，許多液體冷卻劑是易燃、可降解、腐蝕性和有毒的。 水乙二醇混合物已被證明是當今電線和端子的常用冷卻劑。 介質冷卻劑也已成功開發，包括成功的應用itt cannon大功率充電樁（hpc）、）。3mtm novectm。冷卻系統與獨立或集中式散熱器配對（取決於充電站的配置）。
結論
BEV的接受程度在一定程度上取決於可用的充電基礎設施。 雖然可以通過更好地推廣現有的充電站網路來緩解其中一些擔憂，但也有必要投資採用快速直流充電技術的大功率充電器，以緩解人們對長途旅行中續航里程的焦慮。 液體冷卻將是散熱解決方案的重要組成部分，需要選擇既高效又易於與散熱方法相對應的機械系統整合的電氣拓撲和元件。 碳化矽器件，包括二極體和開關，將成為設計中不可或缺的一部分，從整流器單元到為實現電池充電輸出而選擇的直流直流拓撲。
新能源充電樁
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