EV 无变压器快速充电解决方案-技术方案

精品文档-下载后可编辑EV无变压器快速充电解决方案-技术方案在插电式电动汽车(PEV)系统中，充电器可分为三个级别：ACLevel1(1.92kW)、ACLevel2(19.2kW)和DCLevel3(19.2kW)。1由于其体积和重量，不建议在高功率3级系统中使用车载充电器。本文将为功率高达22kW的非车载非隔离式直流快速充电器提出两种拓扑结构。该充电器的典型模块方案包括一个AC/DC整流器级，然后是一个DC/DC转换器。AC/DC级通常使用单相或三相应用来实现，具体取决于电网要求。三相选项提供了为电网接口和DC/DC级共享相同硬件的好处。在此处阅读原文。漏电流漏电流是非隔离直流快充的典型问题。图1中的红线表示漏电流可以流过电网地和EV底盘的路径。2,3此问题的一个常见解决方案是引入隔离式变压器（电源转换级）。然而，与非隔离式拓扑相比，隔离式系统的成本要高得多，体积也更重/更大。此外，变压器会造成额外的功率损耗，从而降低效率。

EV充电系统中漏电流的路径。

图1：EV充电系统中的漏电流路径根据IEC61851-1标准，电动汽车充电器不强制使用变压器，4如果电动汽车系统中包含剩余电流装置(RCD)，则无需额外的电气隔离。基于上述因素，建议采用非隔离式直流快速充电器来解决漏电流问题，而无需使用额外的变压器。充电器配置提议的充电器解决方案符合国际(IEC)和美国（IEEE、NEMA）标准。对于IEC标准，电源电压为240V或400V（三相），线路频率为50Hz。在建议的直流充电器中，选择390V和650V作为直流母线。基本的两级开关臂、Supper和Slower，以及LC滤波器构成了建议的充电器。鉴于其高额定电流和电压，WolfspeedC2M0025120DSiCMOSFET被选为电路的主要开关。考虑到快速充电的功率级别3要求和设备的额定电流，为电网接口侧选择了32Arms额定开关臂电流。下一节解释了选择额定电流值(32Arms)的基本原理。综上所述，二级双向非隔离直流快速充电器的设计一直基于图2所示的配置选项。快速直流充电器配置选项。

图2：快速直流充电器配置选项拓扑结构针对所提出的充电解决方案引入了单相和三相两种拓扑结构。对于单相拓扑，可以使用图3中的公式确定相电流，其中Ugrid、Igrid和α分别是单相电压、电流和功率因数。根据这个等式，在给定功率要求和电网电压的情况下，可以计算出所需的电流。单相拓扑的相电流计算。

图3：单相拓扑的相电流计算相应的拓扑结构如图4所示。两个开关臂在AC/DC侧组合形成一个全桥整流器。DC/DC转换器只需一个开关臂即可为电池提供直流电源（8kW）。非隔离单相充电器。

图4：非隔离单相充电器的拓扑结构与前一种情况类似，当功率率和电网电压已知时，可以确定相电流，如图5所示。然后可以评估并联开关臂的总数(32Arms)。三相拓扑的功率计算。

图5：三相拓扑的功率计算在图6中，显示了相关的拓扑结构。三个开关臂构成三相整流器的交流/直流侧。三个开关臂并联用于DC/DC转换器为电池提供直流电源（22kW）。非隔离式三相充电器的拓扑结构。

图6：非隔离式三相充电器的拓扑结构可以看出，AC/DC和DC/DC转换器共享相同的直流母线。硬件设计实验硬件由以下部分组成：三相逆变器板，基于六个C2M0025120DSiCMOSFET、六个CRD-001栅极驱动器、九个直流总线电容器(B32774D8505K)和一个直流电压传感器(RP1215D)组件板，基于九个三相电容器（B32774D8126K000，12μF）、三个电压传感器（RP1215D）、三个电流传感器（CKSR25-NP）和三个功率继电器（T9SV1K15-12）三相平面电感器，专为非隔离式快速充电器应用而设计微控制器：TMS320F28377SMCU用于为AC/DC转换器和DC/DC转换器生成PWM信号。保护装置：为了自动切断输出和电池之间的连接，在电池本身和DC/DC转换器之间安装了一个直流断路器（M9U21240）。在电网接口和AC/DC转换器之间，连接了一个断路器(F204A-63/0.03)和RCD(M9F22463)。交流断路器将防止在电网和接口之间流动的交流电流发生过电流。如果电网漏电超过阈值，RCD会检测到并断开电网与逆变器的连接。AC/DC侧的对称电路示意图如图7所示。逆变器板和元件板由高压区域隔开，距离为8mm，提供800-V隔离。PEV无变压器快速充电解决方案

图7：电网侧三相充电机示意图除了硬件保护外，软件保护用于在出现意外情况时禁用充电器。建议的拓扑结构的优点所提出的两种非隔离拓扑都是无变压器的，这大大减少了充电系统的空间和重量。所有组件都可以放置在一个450×400×200-mm的封装中，而估计的0.6kW/L功率密度显着高于目前市场上竞争的快速充电设备。与独立充电器相比，所提出的拓扑通过消除变压器造成的损耗来提高效率。图8显示了DC/DC转换级的评估效率。PEV无变压器快速充电解决方案