电动汽车大功率直流充电系统架构设计

2023-08-03 10:46:54    来源:发烧友研习社    

大功率直流充电系统架构

大功率直流充电设计标准


【资料图】

国家大功率充电标准“Chaoji”技术标准设计目标是未来可实现电动汽车充电5分钟行驶400公里。

“Chaoji”技术标准主要设计参数如下:

最大电压:目前1000V (可扩展到1500V);

最大电流:带冷却系统 500A(可扩展到600A);

不带冷却系统 150-200A;

最大功率:900KW。

大功率直流充电系统架构

大功率直流快充系统一般由以下几部分构成:

三相有源整流前端完成AC-DC转换;

功率因数校正(PFC);

具有隔离功能的DC-DC转化器,输出电动车电池需要的电压。

图片来自:onsemi

如下图25kW的直流充电桩的架构图所示,在实际设计的过程中,需要充电桩的输出功率和使用场景的不同,考虑到更多的维度包括:

功率拓扑,包括PFC和DC-DC的电源拓扑;

开关调制模式;

开关频率及损耗;

整机热管理;

辅助电源设计;

单相还是双向。

25 kW电动车直流充电桩的高级框图

图片来自:onsemi

有源整流升压级(PFC)

常见的商用直流充电器要求实现0.99的功率因数和低于7%的总谐波失真。

3相6开关有源整流与T-NPC或I-NPC等3级PFC维也纳拓扑结构相比,高效而且可以实现双向输出,元件数量也少。

系统的开关频率被设定为70 kHz,以保持二次谐波低于150 kHz,传导辐射能够得到控制,也简化了EMI滤波器的复杂性。

三相6开关拓扑结构,带有功率因数校正(PFC)

图片来自:onsemi

双有源全桥(DC-DC)

DC-DC级包含两个全桥、一个25千瓦的隔离变压器和一个初级侧的外部漏电感,以实现零电压开关(ZVS)。

双有源桥(DAB)DC-DC级

图片来自:onsemi

双有源桥(DAB)在实现双向运行的基础之上,利用移相调制可以实现在200 V至1000 V的输出电压时,峰值的能效达到98%。开关频率设定为100 kHz,将开关损耗、磁芯和交流损耗保持在合理的水平。

另一种方案是CLLC谐振转换器,是对LLC的改版,可实现双向工作。然而如果想要,控制、优化和调整CLLC以实现双向功能,并在较宽的输出电压范围实现高输出功率,需要结合频率调制和脉冲宽度调制,控制相对复杂。

30kW汽车直流快充LLC电源方

参考设计资料

原理图:

PCB文件:

BOM文件:

编辑:黄飞

[责任编辑:h001]

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