EV 無變壓器快速充電解決方案-技術(shù)方案

精品文檔-下載后可編輯EV無變壓器快速充電解決方案-技術(shù)方案在插電式電動(dòng)汽車(PEV)系統(tǒng)中，充電器可分為三個(gè)級(jí)別：ACLevel1(1.92kW)、ACLevel2(19.2kW)和DCLevel3(19.2kW)。1由于其體積和重量，不建議在高功率3級(jí)系統(tǒng)中使用車載充電器。本文將為功率高達(dá)22kW的非車載非隔離式直流快速充電器提出兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該充電器的典型模塊方案包括一個(gè)AC/DC整流器級(jí)，然后是一個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器。AC/DC級(jí)通常使用單相或三相應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)，具體取決于電網(wǎng)要求。三相選項(xiàng)提供了為電網(wǎng)接口和DC/DC級(jí)共享相同硬件的好處。在此處閱讀原文。漏電流漏電流是非隔離直流快充的典型問題。圖1中的紅線表示漏電流可以流過電網(wǎng)地和EV底盤的路徑。2,3此問題的一個(gè)常見解決方案是引入隔離式變壓器（電源轉(zhuǎn)換級(jí)）。然而，與非隔離式拓?fù)湎啾?，隔離式系統(tǒng)的成本要高得多，體積也更重/更大。此外，變壓器會(huì)造成額外的功率損耗，從而降低效率。

EV充電系統(tǒng)中漏電流的路徑。

圖1：EV充電系統(tǒng)中的漏電流路徑根據(jù)IEC61851-1標(biāo)準(zhǔn)，電動(dòng)汽車充電器不強(qiáng)制使用變壓器，4如果電動(dòng)汽車系統(tǒng)中包含剩余電流裝置(RCD)，則無需額外的電氣隔離?；谏鲜鲆蛩?，建議采用非隔離式直流快速充電器來解決漏電流問題，而無需使用額外的變壓器。充電器配置提議的充電器解決方案符合國際(IEC)和美國（IEEE、NEMA）標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于IEC標(biāo)準(zhǔn)，電源電壓為240V或400V（三相），線路頻率為50Hz。在建議的直流充電器中，選擇390V和650V作為直流母線?；镜膬杉?jí)開關(guān)臂、Supper和Slower，以及LC濾波器構(gòu)成了建議的充電器。鑒于其高額定電流和電壓，WolfspeedC2M0025120DSiCMOSFET被選為電路的主要開關(guān)?？紤]到快速充電的功率級(jí)別3要求和設(shè)備的額定電流，為電網(wǎng)接口側(cè)選擇了32Arms額定開關(guān)臂電流。下一節(jié)解釋了選擇額定電流值(32Arms)的基本原理。綜上所述，二級(jí)雙向非隔離直流快速充電器的設(shè)計(jì)一直基于圖2所示的配置選項(xiàng)?？焖僦绷鞒潆娖髋渲眠x項(xiàng)。

圖2：快速直流充電器配置選項(xiàng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)針對(duì)所提出的充電解決方案引入了單相和三相兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。對(duì)于單相拓?fù)?，可以使用圖3中的公式確定相電流，其中Ugrid、Igrid和α分別是單相電壓、電流和功率因數(shù)。根據(jù)這個(gè)等式，在給定功率要求和電網(wǎng)電壓的情況下，可以計(jì)算出所需的電流。單相拓?fù)涞南嚯娏饔?jì)算。

圖3：單相拓?fù)涞南嚯娏饔?jì)算相應(yīng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示。兩個(gè)開關(guān)臂在AC/DC側(cè)組合形成一個(gè)全橋整流器。DC/DC轉(zhuǎn)換器只需一個(gè)開關(guān)臂即可為電池提供直流電源（8kW）。非隔離單相充電器。

圖4：非隔離單相充電器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與前一種情況類似，當(dāng)功率率和電網(wǎng)電壓已知時(shí)，可以確定相電流，如圖5所示。然后可以評(píng)估并聯(lián)開關(guān)臂的總數(shù)(32Arms)。三相拓?fù)涞墓β视?jì)算。

圖5：三相拓?fù)涞墓β视?jì)算在圖6中，顯示了相關(guān)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。三個(gè)開關(guān)臂構(gòu)成三相整流器的交流/直流側(cè)。三個(gè)開關(guān)臂并聯(lián)用于DC/DC轉(zhuǎn)換器為電池提供直流電源（22kW）。非隔離式三相充電器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

圖6：非隔離式三相充電器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以看出，AC/DC和DC/DC轉(zhuǎn)換器共享相同的直流母線。硬件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)硬件由以下部分組成：三相逆變器板，基于六個(gè)C2M0025120DSiCMOSFET、六個(gè)CRD-001柵極驅(qū)動(dòng)器、九個(gè)直流總線電容器(B32774D8505K)和一個(gè)直流電壓傳感器(RP1215D)組件板，基于九個(gè)三相電容器（B32774D8126K000，12μF）、三個(gè)電壓傳感器（RP1215D）、三個(gè)電流傳感器（CKSR25-NP）和三個(gè)功率繼電器（T9SV1K15-12）三相平面電感器，專為非隔離式快速充電器應(yīng)用而設(shè)計(jì)微控制器：TMS320F28377SMCU用于為AC/DC轉(zhuǎn)換器和DC/DC轉(zhuǎn)換器生成PWM信號(hào)。保護(hù)裝置：為了自動(dòng)切斷輸出和電池之間的連接，在電池本身和DC/DC轉(zhuǎn)換器之間安裝了一個(gè)直流斷路器（M9U21240）。在電網(wǎng)接口和AC/DC轉(zhuǎn)換器之間，連接了一個(gè)斷路器(F204A-63/0.03)和RCD(M9F22463)。交流斷路器將防止在電網(wǎng)和接口之間流動(dòng)的交流電流發(fā)生過電流。如果電網(wǎng)漏電超過閾值，RCD會(huì)檢測到并斷開電網(wǎng)與逆變器的連接。AC/DC側(cè)的對(duì)稱電路示意圖如圖7所示。逆變器板和元件板由高壓區(qū)域隔開，距離為8mm，提供800-V隔離。PEV無變壓器快速充電解決方案

圖7：電網(wǎng)側(cè)三相充電機(jī)示意圖除了硬件保護(hù)外，軟件保護(hù)用于在出現(xiàn)意外情況時(shí)禁用充電器。建議的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)所提出的兩種非隔離拓?fù)涠际菬o變壓器的，這大大減少了充電系統(tǒng)的空間和重量。所有組件都可以放置在一個(gè)450×400×200-mm的封裝中，而估計(jì)的0.6kW/L功率密度顯著高于目前市場上競爭的快速充電設(shè)備。與獨(dú)立充電器相比，所提出的拓?fù)渫ㄟ^消除變壓器造成的損耗來提高效率。圖8顯示了DC/DC轉(zhuǎn)換級(jí)的評(píng)估效率。PEV無變壓器快速充電解決方案