充電時(shí)間和續航里程一樣重要

 

純電動(dòng)車(chē)正越來(lái)越流行，而隨著(zhù)潛在用戶(hù)對它們的了解愈發(fā)深入，純電動(dòng)車(chē)極有可能迎來(lái)更快速的發(fā)展。根據美國能源信息署（EIA）預測，從2018年到2050年，續航里程達到160.9km、321.8km和482.8km級別的純電動(dòng)乘用車(chē)將實(shí)現29%的增長(cháng)。得益于美國聯(lián)邦和各州為刺激純電動(dòng)車(chē)需求而頒布的法案和激勵措施，更多消費者如今都愿意在購買(mǎi)新車(chē)時(shí)將純電動(dòng)車(chē)列入候選中。不論消費者此舉是出于「保護地球環(huán)境」的「政治正確」，還是經(jīng)過(guò)詳細、明智的考察之后做出的認真決策，續航里程一定會(huì )是選擇過(guò)程中繞不過(guò)去的話(huà)題，一些思緒更加深入的消費者可能會(huì )進(jìn)一步考慮充滿(mǎn)電所需要的時(shí)間。在絕大多數車(chē)主看來(lái)，純電動(dòng)車(chē)充電就好比燃油車(chē)加油，后者花費的時(shí)間顯然不會(huì )超過(guò)10到15分鐘；然而，對于純電動(dòng)車(chē)，現實(shí)卻很骨感：大多數純電動(dòng)車(chē)都采用車(chē)載交流充電方案，必須花上整整一個(gè)晚上或者至少好幾個(gè)小時(shí)才能充滿(mǎn)電（表1）。目前，美國全國范圍內部署的純電動(dòng)車(chē)充電樁大都是一級充電樁（通常采用家用交流電）或二級充電樁（接入三相交流電的停車(chē)場(chǎng)和零售場(chǎng)所）。上述充電級別是由美國汽車(chē)工程師協(xié)會(huì )（SAE）定義的，該協(xié)會(huì )的J1772標準規定了一級和二級充電樁的插頭和插座布局方式。對于二級和三級充電樁，SAE規定了一種組合的插頭和插座制式。

 

表1：純電動(dòng)車(chē)充電樁的類(lèi)型，列出了各種充電級別以及對應的充電時(shí)間和功率需求（來(lái)源：安森美半導體）

 

正如表1所示，如果純電動(dòng)車(chē)要解鎖如同燃油車(chē)一般的「快速回血」技能，就必須借助四級充電樁和支持直流充電的車(chē)輛。實(shí)現四級充電需要極高的功率，并且其設計重點(diǎn)不再是車(chē)載交-直流充電樁，而是大功率、高效率的直流充電樁。如今，四級充電樁雖然在技術(shù)上可行，但它對當地電網(wǎng)的要求極高，因此在綜合考慮充電時(shí)間、成本和電網(wǎng)承載能力三者平衡的情況下，三級充電樁成為了一種頗有前途的解決方案。

 

快速、大功率三級充電樁的設計

 

三級充電樁也稱(chēng)為「快充」充電樁，最大可提供500A電流，需采用高效三相電源轉換拓撲，這種拓撲通常使用帶直流-直流轉換器、基于Vienna整流器的功率因數校正（PFC）方法（圖1）。這種交流-直流轉換方法充分利用了電網(wǎng)三相電源中三個(gè)互不相同的電平，能夠以高效率、高密度、低物料消耗的方式實(shí)現所需輸出功率。

 

圖1：采用Vienna PFC轉換器拓撲的純電動(dòng)車(chē)三級充電樁（來(lái)源：安森美半導體）

 

采用Vienna拓撲有著(zhù)諸多優(yōu)勢，但也會(huì )帶來(lái)不小的挑戰，因為采用該拓撲需要實(shí)現大功率高頻轉換開(kāi)關(guān)操作，此舉還會(huì )產(chǎn)生開(kāi)關(guān)損耗，加之轉換損耗所產(chǎn)生的熱量也需要得到處理。這些挑戰以及充電設備的位置所帶來(lái)的空間限制，驅使著(zhù)電源設計工程師不斷尋求超越當今硅基二極管和MOSFET特性的半導體制程技術(shù)。

 

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作者簡(jiǎn)介

 

 

Robert Huntley是一位具有HND資格認證的工程師和技術(shù)作家。他擁有電信、導航系統和嵌入式應用工程等專(zhuān)業(yè)背景，代表貿澤電子撰寫(xiě)了各種技術(shù)和實(shí)踐文章。

本文轉載自貿澤電子。

 

 

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