【導讀】隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)的普及，電動(dòng)汽車(chē)充電器開(kāi)始無(wú)處不在，以至于現在立法規定新的住宅和工業(yè)建筑都要設有充電點(diǎn)。雖然主電源轉換技術(shù)是一個(gè)創(chuàng )新不斷的領(lǐng)域，但也需要低功率輔助 AC/DC 和 DC/DC 轉換器。本文將討論這些低功率輔助轉換器需要滿(mǎn)足的規格。
各種形式的電動(dòng)汽車(chē) (EV) 已越來(lái)越普及。根據「EV-Volumes」的數據顯示（圖 1），2021 年全球銷(xiāo)量高達 675 萬(wàn)輛，比 2020 年的銷(xiāo)量增長(cháng)了 108%。
圖 1：全球電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量增長(cháng)，數據來(lái)源 www.EV-volumes.com
這種增長(cháng)背后的「驅動(dòng)因素」是顯而易見(jiàn)的：環(huán)保意識的提升、燃料價(jià)格的上漲以及政府設定的二氧化碳減排目標。在英國，某些法律將在 2022 年生效，這將要求每個(gè)設有停車(chē)位的新建住宅都要有一個(gè)充電點(diǎn)。與此同時(shí)，幾個(gè)歐洲國家提議的禁止銷(xiāo)售新的純汽油和純柴油車(chē)輛的法令已從 2040 年提前至 2035 年。公共充電站也正在迅速推出，功能也越來(lái)越多。例如從 2023 年 6 月起，為了方便使用，在德國新的充電站都必須配備借記卡或信用卡讀卡器。
因此充電器的復雜程度可以從簡(jiǎn)單的車(chē)載慢充（家用單相交流供電）到800V或更高壓的超高速直流快充（由工業(yè)的三相交流供電），具有多個(gè)處理器和接口來(lái)控制電力輸送和安全功能，以及通過(guò)「云端」提供安全報告和計費服務(wù)。
電動(dòng)汽車(chē)充電器需要輔助電源
每個(gè)DC充電器都需要輔助電源。雖然幾 kW 功率的主轉換器能夠產(chǎn)生低功率輔助電源，這可能來(lái)自于 PFC 電感器的繞組，但出于各種原因這樣做通常不是明智的選擇。例如空載的時(shí)候，DC充電器的主電源轉換器的工作效率較低會(huì )造成大量損耗。因此，如果待機需要輔助電源，最好從低功率 AC/DC 轉換器獲取并同時(shí)關(guān)閉主轉換器以降低損耗。低功率 AC/DC 轉換器在作為輔助電源應用時(shí)可呈現出較高的轉換效率。此外，擁有獨立輔助電源使主轉換器的啟動(dòng)和關(guān)閉更加安全可靠。使用獨立的低功率 AC/DC 轉換器還可以為系統的其他功能電路提供隔離供電，這有助于避免接地回路、EMC 問(wèn)題以及接口的安全問(wèn)題。當然， 隔離或非隔離 DC/DC 轉換器 可以串接在輔助 AC/DC 轉換器后端，通過(guò)調整來(lái)產(chǎn)生各功能電路所需的工作電壓并滿(mǎn)足噪聲水平的要求。
充電器所在的惡劣環(huán)境
EV DC 充電器的輔助 AC/DC 和 DC/DC 轉換器必須克服特定的環(huán)境挑戰，而且一般都會(huì )期望它們有較長(cháng)的使用壽命和一定的可靠性。器件要求至少是「工業(yè)級」的，也需要滿(mǎn)足特定的標準，例如 EN 61851-23《電動(dòng)汽車(chē)傳導充電系統：直流電動(dòng)汽車(chē)充電站》。
該標準涵蓋了許多領(lǐng)域并引用了其他文件，但有特別指出 EV充電器 充電器的電源必須符合過(guò)電壓類(lèi)別 (OVC) III 或 IV。目前市場(chǎng)上的大多數的 工業(yè)級 AC/DC 轉換器 轉換器都不符合，因為在早期的設計中通常是參考 II 類(lèi)標準進(jìn)行設計的。OVC 是指例如由雷擊產(chǎn)生的瞬態(tài)過(guò)電壓；根據IEC 60664-1的相關(guān)脈沖電壓在圖2中進(jìn)行了匯總說(shuō)明。
圖 2：不同標準的過(guò)電壓類(lèi)別 (OVC)
從建筑物的輸入到配電系統的末端設備,浪涌保護裝置 (SPD) 如圖 2 所示（Class B、C 和 D ），它們可以消耗/吸收浪涌的脈沖能量。未標注的Class A SPD是低壓配電系統的一部分，Class B 的特征是10/350μs 電流波形，通常使用氣體放電管。Class C SPD 的特征是 8/20μs 電流波形，而Class D的特征是 1.2/50μs 電壓波形和 8/20μs 電流波形的組合。Class C 和 D通常是使用金屬氧化物壓敏電阻 (MOV)，在Class D前面總會(huì )有一個(gè)Class C。MOV 的使用壽命有限，鉗位電壓會(huì )隨著(zhù)每次浪涌沖擊降低直到接近正常的工作電壓，而且漏電流會(huì )持續增加直到過(guò)熱出現故障。由于這個(gè)原因， SPD所用的 MOV 通常采用 DIN 導軌格式，這樣可以直觀(guān)看到它的健康狀態(tài)。
安裝 EV 充電器時(shí) (尤其是公共充電器)，如果環(huán)境屬于 OVC IV，我們可以預期無(wú)論如何都會(huì )有 SPD 來(lái)將等級降到 OVC III 并為主電源轉換器提供交流供電，但這不能保證只有OVC II的 AC/DC 電源能安全可靠地工作，因此任何輔助AC/DC 電源 通常需要有承受 OVC III 的瞬變電壓的能力，基于此目前大多數的商業(yè)類(lèi)電源并不適用。任何設備的過(guò)電壓等級所需的安全間隙與海拔高度之間也存在關(guān)系。在海拔2000m以下時(shí)不需要考慮修正系數，但在海拔更高的地方必須逐漸增加電氣間隙，例如 5000m 需要 x1.48倍增系數。有時(shí)候這個(gè)重要的考慮因素會(huì )被忽略，但世界上有 8 個(gè)國家的首都海拔超過(guò) 2000 m，而且將來(lái)一定會(huì )有EV充電站。
電動(dòng)汽車(chē)輔助電源的安全標準
目前版本的EN 61851- 23:14仍然引用EN 60950-1作為安全標準，盡管該標準在2020年底已經(jīng)過(guò)時(shí)，并被EN 62368-1取代，而EN 62368-1在電動(dòng)汽車(chē)應用中通常是可以接受的。但是，用戶(hù)需要驗證所需的確切規格。例如，EN 61851-1要求安全隔離變壓器應符合IEC 61558-1。EN 62368-1將該標準作為一個(gè)附加選項，盡管它有局限性。因此，已經(jīng)擁有IEC 61558-1認證的AC/ DC是更安全的選擇。符合IEC/EN 60335-1認證的電源也適用于最大輸出120VDC的充電器，例如可用于插電式混合動(dòng)力車(chē)或帶有48V或72V電池的電動(dòng)滑板車(chē)。
EV DC充電器的AC電源供電電壓將以應用的地點(diǎn)位置來(lái)決定，它可能是家用單相的 115/230VAC、工業(yè)/商業(yè)的三相 400VAC 或 480VAC。三相供電時(shí)的低功率輔助 AC/DC 轉換器通常是連接相線(xiàn)與中性線(xiàn)，需要在 480VAC 系統以 277VAC 標稱(chēng)電壓工作，而有一些低功率 AC/DC 可以直接在480VAC delta 系統以最大相間電壓運行，最高可達528VAC。
電動(dòng)汽車(chē)充電器的物理環(huán)境
EN 61851-23 規定EV DC充電器的環(huán)境要求最小污染等級，即室外使用為 PD3 ，室內使用為 PD2 ，但如果是在工業(yè)區的話(huà)也必須為 PD3 。PD3污染的定義如下：「有導電性污染，或由于凝露使干燥的非導電性污染變成導電性的?！故聦?shí)上，這就代表電子設備必須有涂層或封裝，或大幅增加爬電距離以避免在環(huán)境潮濕、骯臟或多塵的情況下發(fā)生故障和電壓擊穿，而這些正是車(chē)庫或開(kāi)放式停車(chē)位最常見(jiàn)的環(huán)境。
EV 充電器設備的熱額定值也必須與潛在的惡劣環(huán)境相匹配，例如零度以下的溫度和高達60度以上的戶(hù)外陽(yáng)光下。通常應用環(huán)境溫度為-40°C至+85°C的“工業(yè)級”AC/DC電源已經(jīng)是足夠的。
提供現成的模塊
雖然低功率 EV DC 充電器的要求很復雜，但 RECOM 提供了一系列的現成產(chǎn)品適合多種應用。有針對高污染環(huán)境的3W 至 40W 微型封裝模塊的 RAC 系列AC/DC模塊。除了 85–264VAC 的「標準」輸入范圍以外，一些型號標稱(chēng) 277VAC 的額定輸入為 305VAC，而 RAC05-K/480 的額定輸入電壓高達 528VAC（圖 3）。所有AC/DC模塊的工作環(huán)境溫度從 -40°C 到至少 +80°C，符合 OVC III 等級或為可選。所有AC/DC模塊提供完整的安全認證，IEC/EN 62368-1 是最低要求，有一些模塊通過(guò)家用認證IEC/EN 61558 或 EN 60335-1，而有些甚至通過(guò)醫療認證 IEC/EN 60601-1。
圖 3：RECOM RAC05-K/480 額定輸入為 528VAC，符合 OVC III 等級
RECOM 還可以提供種類(lèi)齊全的 DC/DC 轉換器，適用于主逆變器的柵極驅動(dòng)電源、隔離式通信接口、隔離式輔助電源供電和非隔離式轉換器。這些轉換器皆具備堅固性和高質(zhì)量以在嚴苛的環(huán)境中工作。
結論
EV DC充電是一個(gè)具有特殊技術(shù)要求的新興市場(chǎng)。成本和尺寸也是其中的驅動(dòng)因素，但 RECOM 的產(chǎn)品不僅可以匹配模塊化AC/DC 輔助電源，還能與通用 DC/DC 轉換器配合使用。
文獻
[1] https://www.ev-volumes.com/
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