电动汽车充电类型
和常见拓扑
随着全球电气化和脱碳趋势的持续发展,电动汽车(EV)的需求预计也将以10%的复合年增长率(CAGR)增长。到2025年底,预计将有近5000万辆电动汽车上路,这将迫切需要更多的充电桩和更快的电动汽车充电速度。本文将向您介绍电动汽车充电的类型和常见拓扑,以及Wolfspeed提供的相关解决方案。
随着道路上电动汽车数量的增加,对其充电所需的电力需求也在呈指数级增长。据估计,到2030年,这些车辆将需要约230太瓦时(TWh,1 太瓦时 = 10 亿千瓦时)的能量来为这些车辆充电,而目前的需求量为11太瓦时。为了满足如此多的汽车和随之而来的电力需求,将需要近3000万个充电机。虽然大多数充电机将安装在个人住宅中,但还需要安装超过120万个公共充电机,才能为行驶中的电动汽车提供服务。
电动汽车的累计充电机需求
家用充电机通常使用常见的、现成的交流电源。另一方面,公共充电机旨在提供快速可靠的充电体验,就像为传统内燃机(ICE)车辆加油一样。这意味着公共快速充电机需要具有足够的电力传输能力(高达600kW),以便在15分钟内为电动汽车充满电,而这只能通过直流充电来实现。
充电类型
交流充电是典型的家庭中采用常规电源进行充电,该电源以交流电(AC)的形式提供,因此得名。这种充电需要电动汽车中的车载充电机(OBC)将交流电转换为直流电,这是使用交流电为电池充电所必需的做法。
1 级交流
这是最基本的充电机,从电网接收120-240Vac(13-16A)电源,然后通过充电电缆将其提供给电动汽车。它是最慢的充电机类型,但也是最便携的,几乎可以在任何地方插入充电,大多数型号的额定功率通常最多为1kW。
1 级交流充电机
2 级交流
2 级交流充电机仍然使用现成的120-240Vac电源,主要区别在于它的额定电流更高(32-40A)。这些交流充电机通常永久连接到家庭和公共场所的桩上,它们的额定功率通常高达11-22 kW。
2 级交流充电机
直流充电
要减少电动汽车的充电时间,唯一的方法是采用直流充电。直流充电机绕过电动汽车中的车载充电机,直接向电动汽车的电池供电。
2 级直流充电 / 2+级 / 直流充电盒
对于20-25kW左右的功率级别,常见的解决方案将被称为“2级”直流充电机,尽管没有官方正式的命名说法,这些充电机还是可以在住宅和商业场所找到。
与交流充电相比,其最大的区别是有一个额外的内置电源模块转换器,可以执行从交流到直流的整流(例如“AFE”-有源前端)。然后,该直流电流通过充电电缆馈入汽车为电池充电。根据功率器件的选择,它还可以提供双向充电功能。
2 级直流充电机
3 级直流快速充电(DCFC)/
快充 / 超级充电机
3 级直流充电机通常又称为直流快速充电机(DCFC)或超级充电机,这种类型充电机的功率水平可以轻松地从50kW到高达1MW之间变化。这些充电机由20、30、50、60kW甚至更高的多个功率块组成,以获得所需的功率水平。根据容量的不同,这些快速充电机可以在20分钟内为典型的电动汽车电池充电。
3 级直流快速充电机
充电标准
就像我们有不同的充电机级别来区分功率级别一样,充电机所使用的连接器也有不同的标准。
充电机的连接器类型
常见的 AC-DC 拓扑
对于交流/直流功率转换,可以使用单相和三相拓扑。单相拓扑最常见于家庭充电或功率水平低于6.6kW时,而三相拓扑更适合更高功率的充电模块(>11kW):
-图腾柱/功率因子校正(PFC)
-NPC / ANPC – 中性点接触PFC/有源中性点PFC
-AFE – 有源前端PFC
-维也纳整流器
-T型PFC
有关每种拓扑电路、推荐部件和参考设计的知识,请访问Wolfspeed的应用说明:PRD-08367:电动汽车充电功率拓扑设计指南 | Wolfspeed。
常见 DC/DC 功率拓扑
将交流电源转换为400V-800V的典型直流母线电压后,我们现在可以将其转换为电动汽车电池充电所需的电压。下面介绍的各种DC/DC拓扑可以帮助实现这一目标:
-DAB - 双有源桥
-PSFB – 相移全桥
-LLC转换器
-CLLC转换器
有关每种拓扑电路、推荐部件和参考设计的知识,请访问Wolfspeed的应用说明:PRD-08367:电动汽车充电电源拓扑设计指南 | Wolfspeed。
结语
在不断发展的电动汽车充电领域,人们大力推动更高功率和更高密度的解决方案,以减少与典型内燃机汽车相比的充电停机时间,这仍然是一个普遍的瓶颈。这导致越来越多地采用创新的多级拓扑来满足这些电力需求,要求电池在不运行的高峰需求期间支持电网,并要求拓扑支持双向充电。
这两项要求进一步强化了对更高效功率半导体开关的需求。Wolfspeed的碳化硅器件非常适合支持这些下一代要求。请访问 Wolfspeed 官方网站,查找开始您自己的电动汽车充电机设计之旅所需的产品、参考设计和设计支持工具。
(a) Wolfspeed分立器件、(b) 模块
和 (c) 60kW LLC参考设计
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原文标题:【威廉希尔官方网站 干货】电动汽车充电类型和常见拓扑
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