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用于快速充電站的AC/DC轉換器概述

發(fā)布時間:2023-03-16 責任編輯:lina

【導讀】電動汽車構成了未來實現(xiàn)可持續(xù)交通部門的有前途技術的主要部分。AC/DC 轉換器是擴展和改進 EV 功能的骨干組件。本文概述了 AC/DC 轉換器、充電站類型、傳統(tǒng)兩電平 (2L) AC/DC 轉換器面臨的問題以及使用多電平轉換器 (MLC) 的重要性。


電動汽車構成了未來實現(xiàn)可持續(xù)交通部門的有前途技術的主要部分。AC/DC 轉換器是擴展和改進 EV 功能的骨干組件。本文概述了 AC/DC 轉換器、充電站類型、傳統(tǒng)兩電平 (2L) AC/DC 轉換器面臨的問題以及使用多電平轉換器 (MLC) 的重要性。


用于快速充電站的AC/DC轉換器概述

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(shù)校正和諧波減少的輸入電流整形器。


用于快速充電站的AC/DC轉換器概述
此 AC/DC 轉換器電路的原理圖(:Multisim)


上面的電路圖說明了一個簡單的 AC/DC 轉換器:這里使用四個通用整流二極管來對 AC 輸入進行整流。變壓器的功能是將 230-VAC 電源降壓至 13 VAC,電路布置為全橋,因為它由四個二極管組成。整流器將對交流信號的正峰值和負峰值進行整流。在橋式變換器之后加一個濾波電容來平滑輸出電壓。此外,齊納穩(wěn)壓器連接在輸出前的反向偏壓中以調節(jié)輸出電壓。

充電站的種類

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

電動汽車充電站分為、二級和三級。

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

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

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 轉換器的情況下進行,而不是由于尺寸限制而安裝在車輛內。

汽車工程師協(xié)會 (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現(xiàn)這一點,一種是在輸入側使用低頻變壓器,另一種是通過隔離式 DC/DC 轉換器在直流級中實施高頻變壓器。

傳統(tǒng)的 AC/DC 轉換器及其缺點

通常使用傳統(tǒng)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,使用了混合濾波器,但這些濾波器也增加了系統(tǒng)的成本。這些轉換器也有不希望有的高開關頻率。在大功率應用中,開關會承受大量電壓和電流,并且受到半導體器件現(xiàn)有技術的限制。

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,例如低諧波、低電壓應力和高功率能力。MLC用于減少開關元件并由單相T型變換器產(chǎn)生多電平輸出。

不同數(shù)量的 MLC 電平可實現(xiàn)更平滑的輸出波形,從而減少諧波和輸出濾波器尺寸。MLC 的主要類型是中性點鉗位 (NPC)、級聯(lián) H 橋 (CHB) 和快速電容器 (FC)。其中,的 CHB 能夠在各個 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。


用于快速充電站的AC/DC轉換器概述

三級 NPC VSC 的一個階段(:ScienceDirect)


上圖表示三電平 NPC 逆變器的一相。它們是 MLC 系列,其特點是使用鉗位二極管來保證電源開關之間的適當電壓共享。NPC 逆變器的每條支路都有四個可以控制的晶體管,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)會在直流鏈路上造成短路。

電動汽車充電的未來

從內燃機到電動汽車的轉變是一個長期過程。許多石油公司已經(jīng)通過建立充電站或推廣旨在維護電動汽車的產(chǎn)品,在電動汽車網(wǎng)絡中占有一席之地。未來的預期工作期待在 FC 中使用 MLC,以從這些轉換器的各種優(yōu)勢中受益,同時為電動汽車提供高功率和超快速充電系統(tǒng)。為了幫助電動汽車普及,政府和電動汽車充電公司必須確保快速充電基礎設施的可用性。如果沒有高效的充電基礎設施,電動汽車的普及可能是一個緩慢的過程。


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