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新能源電動汽車充電電源方案分析

2018-05-19

    新能源電動汽車充電電源是指將外部交流電轉(zhuǎn)換成直流電為動力電池充電,它和普通電源有所不同,因為電動汽車需要一次充滿幾十度電,這需要超高效率的車載充電器,所以高效率充電對電動汽車發(fā)展具有重大意義。

 

    現(xiàn)在汽車充電電源有采用單級諧振、交錯并聯(lián)PFC+LLC及LLC+Buck-Boost等三種結(jié)構(gòu)的方案,三種各有其優(yōu)缺點(diǎn)。比如單級諧振結(jié)構(gòu)可靠性高、電路簡單及成本高。交錯并聯(lián)PFC+LLC結(jié)構(gòu)適合大功率使用、效率高及元件電流承載壓力低,LLC+Buck-Boost結(jié)構(gòu)可靠性高。因為我國電動汽車的充電功率是7KW和大于10KW,所以多數(shù)采用成熟度最高的交錯并聯(lián)PFC+LLC方案。

 

    交錯并聯(lián)PFC是指功率因數(shù)矯正,功率因數(shù)矯正又分為無源因數(shù)矯正和有源因數(shù)矯正。無源因數(shù)矯正電路由電阻、電容、電感等無源元件組成,適用小功率場合,對電源波形的校正效果較差,一般在95%下。有源因數(shù)矯正是由控制電路、儲能開關(guān)件組成,可以通過控制開關(guān)元件的關(guān)斷使輸入電流保持與輸入電壓同相位的正弦波,有源技術(shù)成熟,適用于大功率場所。交錯并聯(lián)PFC可利用兩相PFC 電路交錯運(yùn)行,開關(guān)元件導(dǎo)通相位相差180,減小電路中的電感、電容分?jǐn)傒斎腚娏?/span>,這種方案可元器件散熱較好,提高電路可靠性。

 

    電動汽車動力電池一般200V~500V之間,使用橋式變換器。通常為了減小變換器體積提高開關(guān)頻率,導(dǎo)致開關(guān)損耗增加。為了降低頻率升高帶來的開關(guān)損耗,廣泛采用了軟開關(guān)技術(shù)。充電電源轉(zhuǎn)換器諧振拓?fù)?/span>一般采用全橋LLC諧振轉(zhuǎn)換,主要是其輸入電流連續(xù),紋波小,可減弱EMI提高可靠性,適用于中、大功率場合。這種方案還可以減少開關(guān)損壞、提高工作效率及減小體積。

 

    目前的LLC諧振轉(zhuǎn)換雖然通過原邊開關(guān)管的零電壓開通和副邊整流二極管的零電流關(guān)斷獲得高效率,不過因為變換器副邊沒有濾波電感導(dǎo)致輸出電流紋波較大,影響濾波電容和蓄電池的壽命。解決這個問題需要在副邊并聯(lián)大量電容進(jìn)行濾波,缺點(diǎn)是電源體積增大提高成本。對此,有人深入研究LLC轉(zhuǎn)換的問題,有一種方案是交錯并聯(lián)LLC。主要指并聯(lián)運(yùn)行各個模塊之間開關(guān)管的控制信號頻率相同相位交錯,對交錯并聯(lián)模塊各控制信號之間的相位依次相差2π/n,即通過相位之間的交錯實現(xiàn)輸入輸出電流脈動的倍頻,從而達(dá)到電流紋波減小的目的。

 

    一般在大功率場合的應(yīng)用為了提高變換器的功率與提高效率,可在輸入輸出端串聯(lián)或并聯(lián)多個模塊,新能源電動汽車充電面對低壓大電流,應(yīng)優(yōu)先選擇輸入輸出并聯(lián)結(jié)構(gòu)組合方式。目前的新能源電動汽車技術(shù)有很大的提升空間,而作為今年火熱的電動汽車配套設(shè)施充電樁產(chǎn)業(yè),仍需要發(fā)展新思路和技術(shù)升級,我司長期提供充電樁電源模塊并提供技術(shù)支持。

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