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您的电动汽车充电系统具有适当的安全性,有效性和可靠性?
 

【作者: Littelfuse】2019年05月02日 星期四

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图一 : 电动汽车充电站在结构上可能有所不同,但它们必须满足三个基本目标--安全、高效和可靠性。
图一 : 电动汽车充电站在结构上可能有所不同,但它们必须满足三个基本目标--安全、高效和可靠性。

EV充电站有许多不同类型,并为车辆提供不同的充电速度。大多数充电器可分为以下两种类型:


1.交流充电器,通过公用电力向车辆的车载充电器提供交流(AC)电源


2.直流充电器,绕过车载充电器,为车载电池系统提供直流(DC)电源。


一些充电器可以提供在同一单元内执行交流或直流充电的方法。交流和直流充电器还基於它们提供的不同功率水准,以及充电站和车辆之间发生的通信类型,进一步分类为子类型。虽然电动汽车充电站在结构上可能有所不同,但它们必须满足三个基本目标,才能成为保持电动汽车在道路上行驶的可行解决方案。它们必须是为了安全、高效和可靠而设计的。


本文概述了市场上不同类型的电动汽车充电站,展示了常见的结构以及如何将安全性,效率和可靠性整合到最隹设计中。


交流充电站

交流充电站的作用是安全地从公用电源(电网)向车辆内部的车载充电器提供电力。 车载充电器可将交流电源转换为直流电源,为车辆电池充电。 由於车辆中的空间和重量限制,车载充电器和交流充电站通常限於较低的功率量(22kW或更低),这意味着缓慢的充电时间(几个小时)。


额定用於交流保护的熔断器用於限制在系统发生故障或故障时可能流过的短路或超载电流量。如果由於绝缘层的磨损或电导体的腐蚀或氧化导致布线和印刷电路板带有超过预期的电流,熔断器也可以保护设备本身免受火灾危险。为了方便和易於维护,一些熔断器和熔断器座具有指示功能,以告知您熔断器是否已经打开以及哪一个已经打开。


接地故障是使用者或设备损坏的另一种电击风险。接触潮湿,接线错误和接线绝缘性能下降只是导致接地故障的部分原因。如果使用者可以触摸的部分电动充电系统的泄漏电流没有限制安全水准,则存在电击风险。此外,流到地/地面的过量泄漏电流可能会导致电弧产生足够的能量来破坏设备并可能损坏设备附近的任何物体。 接地故障继电器是用於检测这些类型故障的器件,表明需要采取适当的行动,这往往涉及断开电源。


除安全性外,电动汽车充电站在室外环境中的设备性能和可靠性是其长期生存的关键。交流电网上的电气瞬变,如雷击引起的浪涌,或由於电网上其它负载引起的电压波动,对电动汽车充电站的敏感电子器件来说往往是个问题。过电压保护器件,如金属氧化物压敏电阻(MOV)和瞬态电压抑制器(TVS)二极体,在吸收电网瞬态能量和保护负载端敏感系统方面有重要作用。静电放电(ESD)事件对於交流充电站的一些“智慧”功能也是有影响的,例如带有触控式萤幕的用户显示器、通讯连接埠以及用於无线支付和通信系统的天线。TVS二极体和聚合物ESD抑制器通常是降低ESD事件相关风险的首选解决方案。


直流充电站

直流充电站的作用是将电源从电网(交流电源)转换成直流电源,可以直接输入到车辆的电池系统中,以便对电池进行充电。由於交流电源向直流电源的转换是在充电站进行的,因此与交流充电站相比,这些装置可以向车辆提供更高水准的功率(50kW至350kW以及更高)。 这意味着更快的充电时间(30分钟或更短)。


由於直流充电站连接到交流电网,额定用於交流保护的熔断器也有助於连接到电网。 这些交流熔断器往往较大,因为大多数直流充电器安装在三相市电电源上(与交流充电器的单相供电连接相反)。


此外,对地/接地故障保护是整合到直流充电站设计中的重要特徵,不仅适用於交流电网侧,还适用於直流输出侧。大多数直流充电器设计为了与交流电网电气隔离,因此直流侧必须保持与其它线路一切隔离,包括接地。用於直流电压系统的接地故障继电器有助於检测是否发生了电气故障,其中隔离的直流侧具有到地/地面的泄漏路径。这些系统通常用於最大限度地降低对用户造成电击危险的风险。


在直流充电站的设计中,除了安全性外,功率转换效率也是一个很大的挑战。设计的有效性通常是由充电器能提供给车辆的功率与它从交流电网获得的功率大小来衡量的。


直流充电站往往采用几个阶段的交流/直流和直流/直流转换,以获得最隹的性能水准,同时最小化整个系统的尺寸和成本。功率转换过程中的效率从功率半导体开始。功率半导体用於开关电源并改变功率流的方向,以产生可转换为不同电压或电流水准的交流电级。


功率半导体中的这种切换动作导致温度升高,该升温状况最终消耗到周围环境并且会减少可用於输送到车辆的功率。二极体,绝缘栅双极电晶体(IGBT)和金属氧化物半导体场效应电晶体(MOSFET)的新增强功能使这些器件变得更加高效。


此外,碳化矽等宽频隙技术的商业化已经帮助新一代半导体将其开关损耗降至目前市场中的最低水准。随着这些功率半导体器件的不断发展,用於开关这些器件的驱动电路类型也在不断发展。较新的IGBT和MOSFET栅极驱动器正在突破界限,在低压驱动电路和高压功率半导体之间提供更快的开关和更高的隔离度。


图二
图二
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