電動(dòng)汽車(chē)構成了未來(lái)實(shí)現可持續交通部門(mén)的有前途技術(shù)的主要部分。AC/DC 轉換器是擴展和改進(jìn) EV 功能的骨干組件。本文概述了 AC/DC 轉換器、充電站類(lèi)型、傳統兩電平 (2L) AC/DC 轉換器面臨的問(wèn)題以及使用多電平轉換器 (MLC) 的重要性。

AC/DC 充電器示意圖（：IES Synergy）

AC/DC轉換器的意義

插座主要提供交流電，而 EV 電池使用直流電為電池充電。因此，需要一種用于將交流電轉換為直流電的交流/直流轉換器。它也是 EV 電池充電器的主要組件，并充當用于功率因數校正和諧波減少的輸入電流整形器。

此 AC/DC 轉換器電路的原理圖（：Multisim）

上面的電路圖說(shuō)明了一個(gè)簡(jiǎn)單的 AC/DC 轉換器：這里使用四個(gè)通用整流二極管來(lái)對 AC 輸入進(jìn)行整流。變壓器的功能是將 230-VAC 電源降壓至 13 VAC，電路布置為全橋，因為它由四個(gè)二極管組成。整流器將對交流信號的正峰值和負峰值進(jìn)行整流。在橋式變換器之后加一個(gè)濾波電容來(lái)平滑輸出電壓。此外，齊納穩壓器連接在輸出前的反向偏壓中以調節輸出電壓。

充電站的種類(lèi)

由于充電電池是電動(dòng)汽車(chē)運行的動(dòng)力，因此了解充電站的一些參數非常重要。電源效率、緊湊型架構和快速充電等大多數基本參數將決定目標充電站的整體生產(chǎn)力。

電動(dòng)汽車(chē)充電站分為、二級和三級。

I 級構成較小電池尺寸的部分。Level I 的充電時(shí)長(cháng)約為 8 至 10 小時(shí)；但是，這可能會(huì )因電池的能量容量而異。它僅使用交流充電，并且有一個(gè)車(chē)載充電器，因為充電組件位于 EV 內部。

Level II 的充電時(shí)間約為 Level I 充電時(shí)間的一半。此外，三級快速充電站使用外部充電器（非車(chē)載）提供高壓。它能夠在短短 20 到 30 分鐘內為電動(dòng)汽車(chē)充電，而或二級充電站可以在四到八小時(shí)內為車(chē)輛充電。

啟用快速充電站的要求

快充的功率范圍在50千瓦以上，按照行業(yè)標準算高了。因此需要更大的 AC/DC 轉換器來(lái)為快速充電提供額外的電力。因此，大功率充電在充電站內置 AC/DC 轉換器的情況下進(jìn)行，而不是由于尺寸限制而安裝在車(chē)輛內。

汽車(chē)工程師協(xié)會(huì ) (SAE) 標準定義的快速充電站的另一項要求是“配電網(wǎng)和電池組之間的電流隔離”。有兩種架構可用于實(shí)現這一點(diǎn)，一種是在輸入側使用低頻變壓器，另一種是通過(guò)隔離式 DC/DC 轉換器在直流級中實(shí)施高頻變壓器。

傳統的 AC/DC 轉換器及其缺點(diǎn)

通常使用傳統的 AC/DC 轉換器，例如 2L 電壓源轉換器 (VSC)。使用這些轉換器的缺點(diǎn)是它們具有有限的額定功率和高諧波污染。為了避免這些缺點(diǎn)，使用了混合濾波器，但這些濾波器也增加了系統的成本。這些轉換器也有不希望有的高開(kāi)關(guān)頻率。在大功率應用中，開(kāi)關(guān)會(huì )承受大量電壓和電流，并且受到半導體器件現有技術(shù)的限制。

MLC 的重要性

為了克服這些挫折，2L AC/DC 轉換器應該被 MLC 取代。MLC 已被證明具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如低諧波、低電壓應力和高功率能力。MLC用于減少開(kāi)關(guān)元件并由單相T型變換器產(chǎn)生多電平輸出。

不同數量的 MLC 電平可實(shí)現更平滑的輸出波形，從而減少諧波和輸出濾波器尺寸。MLC 的主要類(lèi)型是中性點(diǎn)鉗位 (NPC)、級聯(lián) H 橋 (CHB) 和快速電容器 (FC)。其中，的 CHB 能夠在各個(gè) H 橋電池上使用不同的直流電壓，從而將功率轉換分為高壓/低頻和低壓/高頻逆變器。

三級 NPC VSC 的一個(gè)階段（：ScienceDirect）

上圖表示三電平 NPC 逆變器的一相。它們是 MLC 系列，其特點(diǎn)是使用鉗位二極管來(lái)保證電源開(kāi)關(guān)之間的適當電壓共享。NPC 逆變器的每條支路都有四個(gè)可以控制的晶體管，總共提供 24 = 16 種可能狀態(tài)，但其中只有三種狀態(tài)是可行的，因為其他狀態(tài)會(huì )在直流鏈路上造成短路。

電動(dòng)汽車(chē)充電的未來(lái)

從內燃機到電動(dòng)汽車(chē)的轉變是一個(gè)長(cháng)期過(guò)程。許多石油公司已經(jīng)通過(guò)建立充電站或推廣旨在維護電動(dòng)汽車(chē)的產(chǎn)品，在電動(dòng)汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )中占有一席之地。未來(lái)的預期工作期待在 FC 中使用 MLC，以從這些轉換器的各種優(yōu)勢中受益，同時(shí)為電動(dòng)汽車(chē)提供高功率和超快速充電系統。為了幫助電動(dòng)汽車(chē)普及，政府和電動(dòng)汽車(chē)充電公司必須確?？焖俪潆娀A設施的可用性。如果沒(méi)有高效的充電基礎設施，電動(dòng)汽車(chē)的普及可能是一個(gè)緩慢的過(guò)程。