大功率直流快充充电桩的设计

赵南 刘建伟 王闯闯

1.山东比亚科技有限公司 山东济南 250000

2.山东博冉企业管理咨询有限公司 山东济南 250000

与交流充电桩相比，直流充电桩的明显优势在于输出直流功率易于调节，调节范围更大，使电动汽车的充电速度更快。随着全球能源危机的加深，石油资源的枯竭以及空气污染的危害日益严重以及全球气温升高，各国政府和汽车公司普遍认识到节能减排是未来汽车技术发展的方向，电动汽车的发展将是解决这两个问题的最佳方法[1]。

1 充电桩企业的研发情况

电动汽车范围的扩大在汽车领域总被广泛认同的。比较简单的方法是将动力电池的容量增加，当车辆动力电池达到1000V电压的时候，这个问题就能够有效解决了。对于电动汽车充电时间问题的解决，是在动力电池发挥作用的情况下，充电桩能够输出1000V的电压，充电电流也快速提升，此时充电桩可以达到的最大功率是350kW。对于充电桩企业而言，核心部件是充电模块，使得直流充电桩更好地发挥作用，对大功率充电桩积极开发是非常必要的，具体的各种需要使用的充电模块数量更多。直流充电桩为350kW，当使用的充电模块是15kW的时候，就需要将将24个充电模块并联起来。使用30kW充电模块的时候，12个充电模块并联起来就可以发挥充电作用了。并联的模块数量越少越好，这是由于模块之间的均流更加可靠，而且控制性更好，充电桩系统有很高的集成度，投入的资金也更少，这也是直流充电桩功率大的一个重要原因。如果使用30kW的充电模块，其所发挥的优势是显而易见的。

事实上，在2015年，中国的充电桩企业的充电桩核心组件就已经使用7.5kW的充电模块了，使用的15kW充电模块体积非常小，功率密度却很高，可以达到33.75W/inch3，实现了200-750V的超宽范围，有很高的转换效率，可以超过95%，待机时候，功耗是非常低，不会超过10W。推出了新款方案，即超宽恒功率模块为20kW，其出电压的范围界定在200-1000V之间，而且处于400-1000V的范围内，平滑输出恒功率为20kW，不需要在用电设备断电、失电、或电的质量达不到要求而不能正常工作的情况下切换[2]。

2 直流快充充电桩的设计方案

2.1 15kW 的单个充电模块的方案

交流/直流转换电路的运行中，所发挥的作用是电流无谐波的输入和直流电压的输出，保证电压稳定，输入功率因数要相对较高一些。在电路的使用中采用VIENNA式的三相功率因数校正（Power Factor Correction，PFC）电路，实现交直流转换，可以获得良好的效果。图1为三相5&EZZ6整流电路。

图1 三相5&EZZ6 整流电路

2.2 120kW 直流快充充电桩的方案

基于15kW的单个充电模块，对120kW的一体化直流快充充电桩进行设计，要注意充电桩的功率较大，而且是直流电流。图2为120kW直流充电桩结构图。

图2 120kW 直流充电桩结构

3 一个充电桩配双枪充电的功率自动分配方案

一个充电桩双枪充电的功率自动分配可以给电动车的充电带来诸多的便利，但是要实现负荷的自动分配，就要采用合理的控制措施。在具体的实施中，可以根据两枪充电过程中所呈现出来的状态信息对充电功率的参数进行调整，自动分配充电功率，使得充电机在运行的过程中对于负荷可以自动调节，确保负荷分配的合理性，由此使得负荷合理利用。

4 基于控制器局域网络总线的并联均流方案

在制定并联均流方案的时候，以控制器局域网络总线（Controller Area Network，CAN）为基础建立起来。所谓的“均流方案”，就是在负载发生变化的时候，每一台电源在输出电压的时候，所产生的变化是相同的，这样可以让每一台电源在电流输出的时候都按照功率份额平均分配。基于控制器局域网络总线的并联均流方案的具体实施中，要对该方案有效控制，就要采用模拟电流内环和数字电压外环相结合的控制方式，实施双闭环控制，以获得良好的控制效果。

从数字电压外圈的构成上来看，电压检测电路和电压控制器分别对电压进行检测，有效地控制电压，起到很好的稳压作用。控制器局域网络总线通信、D/A转换和A/D采样也是重要的组成部分。用电设备因断电、失电、或电的质量达不到要求而不能正常工作[3]。

5 结语

综上所述，严重的能源危机引起了各个领域的广泛关注，为了更好地了解节能减排的效果，政府鼓励使用电动汽车，减少排放，更好地达到节能效果。节约能源和减少排放是要实现的重要目标。