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火辣西米秀

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2025-01-23
发表了主题帖：碳化硅功率器件：实现高压快充，助力千里续航

本帖最后由火辣西米秀于 2025-1-23 09:02 编辑当下，高压快充成为越来越多国内外主流车企深度布局电动化的路线选择，推动车规级碳化硅站上“新风口”。业内专家表示，碳化硅是800V电压平台下功率器件的首要选择。800V高压碳化硅平台既可以提高电池充电速度，又能够提高整车运行效率，在同等电池容量情况下延长续航里程，成为缓解电动汽车“里程焦虑”的一剂良药。碳化硅“绝配”800V 续航低、充电慢一直以来都是困扰新能源汽车车主和车企的两大难题。要解决这些问题，一方面需要提高电池续航里程，另一方面则是要加快充电速度。800V高压碳化硅平台的诞生，就是为了实现快充。目前，将整车平台电压提升到800V开始成为主流电动车企的共识。近期上市的小鹏G6搭载了800V碳化硅高压平台；理想汽车也研发了800V高压平台和5C电池，并推出动力系统易四方平台，而易四方平台全系列车型标配碳化硅电控。据不完全统计，目前全球已推出或计划推出800V高压系统的汽车品牌多达20余家，比亚迪、吉利、奥迪、通用、哪吒等车企都在采用高电压的方式提升充电速度。要构建800V高压平台，碳化硅功率器件是关键。碳化硅取代硅基IGBT是不可逆的趋势，尤其是在800V充电架构之下，硅基IGBT已接近性能极限，很难满足主驱逆变器的技术需求。碳化硅材料性能优越，耐高温、高压、高频，是800V电压平台下功率器件的首要选择。采用SiCMOSFET可以减小开关损耗、提高工作频率，增加系统功率密度，超越采用IGBT器件系统的性能。总体而言，虽说目前碳化硅功率器件价格相比于硅IGBT价格仍然较高，但碳化硅功率器件在耐压等级、开关损耗和耐高温性等方面具备明显优势。新能源汽车已成为碳化硅功率器件最主要的市场。在目前各大主流车厂积极布局800V电压平台的背景下，碳化硅的性价比突出，市场前景广阔，而配套的直流充电桩市场也将进一步加速碳化硅需求增长。碳化硅厂商加速布局电动汽车800V高压平台的落地推动车规级碳化硅快速发展。有业内人士指出，目前来看，800V高压平台有望成为未来SiC的核心应用产品，得到功率器件厂商“前所未有”的重视。许多功率器件厂商、汽车零部件一级供应商纷纷与车企展开深入合作，加速推进高压碳化硅架构上车进程。 SiC在新能源汽车中应用（图源：罗姆公司） ● 位于产业链中游的德国汽车零部件制造商纬湃科技（Vitesco）也在近期签下两项碳化硅产品采购长单：6月下旬，其与罗姆签下碳化硅功率器件长期合作协议，双方在2024-2030年间的交易额将超过1300亿日元（约合9亿美元）。纬湃科技将在逆变器中集成罗姆的碳化硅半导体，并应用于电动汽车动力系统； ● 5月31日，安森美也与纬湃科技宣布了一项碳化硅产品10年期供应协议，协议价值19亿美元。纬湃科技将向安森美提供2.5亿美元投资，用于采购碳化硅生产相关设备，以提前锁定后者的碳化硅产能； ● 6月7日，三安光电与意法半导体宣布，将携手成立一家合资制造厂，大规模量产8英寸碳化硅产品，建设总额预计为32亿美元，预计2025年完成阶段性建设并逐步投产，2028年达产，规划达产后生产8英寸碳化硅晶圆10000片/周； ● 日前，碳化硅材料供应商Wolfspeed宣布与车用芯片巨头瑞萨电子签订为期十年的碳化硅（SiC）供应合约，金额达20亿美元。根据协议，Wolfspeed将在2025年向瑞萨供应6英寸碳化硅衬底与外延片，且Wolfspeed北卡罗来纳州厂全面运作之后，还将向其供应8英寸碳化硅衬底与外延片。比亚迪1200V/1040A碳化硅模块放眼市场，车规级碳化硅领域仍由外国半导体企业占据主导地位。但随着国内新能源汽车的快速发展，也吸引了一批国内企业积极发力。比亚迪半导体、斯达半导、中国中车、三安光电、华润微电子、派恩杰、芯聚能等都在布局车规级碳化硅产品。根据CASA Research不完全统计，2022年国内至少有14家企业推出了超过217款碳化硅MOSFET，品种较2021年增加70%，耐压水平提高到1700V。模块技术方面，2022年，比亚迪推出1200V/1040A碳化硅模块，功率再创新高，大量应用于比亚迪热销车型。芯聚能1200VAPD系列碳化硅模块已搭载主驱逆变器上车过万台。供不应求局面或将缓解业界认为，800V高压平台将成为未来电动汽车主流平台，而其普及之路，却正陷入碳化硅功率器件供不应求的“瓶颈”。器件数量的减少也意味着整车系统的成本下降。降价是打开市场的一个信号，之前碳化硅多用于高端车型，而以后中、低端车型也都可以使用，产业规模扩大了，更有利于碳化硅的普及。同时，碳化硅的多项优势导致新能源车企纷纷追随特斯拉上车应用，导致碳化硅供应不足。从国际企业披露的订单详情来看，目前，意法半导体、英飞凌、安森美、wolfspeed等公司订单量远超产能。根据Yole预测，2021~2027年全球碳化硅功率器件市场规模有望从10.9亿美元增长到62.97亿美元，保持年均34%的复合增速。其中，车规级市场是碳化硅最主要的应用场景，有望从2021年6.85亿美元增长至2027年49.86亿美元。而方正证券预计，2026年全球SiC衬底有效产能为330万片，同年衬底需求量却有629万片，供需存在较大差距。 SiC衬底生产比较困难，包括碳粉硅粉合成、晶体生长、晶锭加工等诸多精细步骤。核心的参数涉及直径、杂质、均匀性、弯曲翘曲以及光滑度等参数。未来两三年要增长到约六七十亿美元的规模，这个过程对产业界来说压力巨大。因为每个环节扩产都不是一时就能扩出来的，需要很多的人才和资金的投入。受制于制备工艺水平，国产碳化硅芯片良率多数不高于60%，导致产能不足。此外，旧晶圆厂设备备件的交货时间、新产能、新设备的交期时间等因素，都限制了产能。预计碳化硅产能供不应求局面或将在2025年后有所缓解。 “目前多个国内供应商已经完成了碳化硅芯片的流片并开始小批量送样。”小鹏汽车功率系统负责人表示：“长期来看，国际供应商已针对碳化硅进行产能布局与投资，增加供应产能。2025年开始，新增产能会逐步释放。同时国内供应商正在长晶、衬底、晶圆制造等环节加速核心工艺的研发与投入。随着国际供应商新增产能释放与国内供应商的成熟度提升，碳化硅供应的瓶颈会逐步好转。”
2025-01-22
发表了主题帖：碳化硅功率器件的特点和应用领域

本帖最后由火辣西米秀于 2025-1-22 09:20 编辑相对于第一代硅基半导体，碳化硅功率器件禁带宽度大，电导率高、热导率高，具有更强的耐高压、高功率能力，体积更小，更适合作为衬底材料。通常半导体外延的材料在高压和高可靠性的需求下，通常会选择碳化硅。相比硅基材料，碳化硅器件耐高温：硅基材料120°C场景需要散热，使用碳化硅在175°C结温不需要散热，可承受600°C以上高温环境；高压大功率：二极管600-1700V，MOS管800-3300V，如新能源车直流快充仅15分钟可完成80%；高频率：能量损耗减少了四分之三，转化率高；小体积：因为阻抗小，同性能的碳化硅器件尺寸缩小到硅基的十分之一，模组尺寸更大幅缩小。碳化硅功率器件以其优秀的特性，被广泛地应用于新能源汽车、光伏逆变器、储能和充电桩等领域。其中碳化硅功率器件在新能源汽车领域的使用已经蔚然成风，其在领域内的更新换代使得新能源汽车从400V平台向800V平台跃迁，10分钟内充满80%电量，缓解车主的“里程焦虑”和“充电焦虑”。碳化硅功率器件的未来将更广泛地应用于新能源汽车、泛新能源等市场。
2025-01-21
发表了主题帖：充电桩与充电堆的区别

本帖最后由火辣西米秀于 2025-1-21 08:39 编辑随着电动汽车普及，构建高效充电网络至关重要。充电堆和充电桩作为电动汽车充电设施的两种不同形式，各自承载着不同的技术使命与应用场景，尽管它们常被误解为同一概念，但实际上它们在设计、功能及应用前景上存在着显著差异。 ▲各种类型的充电桩 ▲华为充电堆 01 充电桩与充电堆的介绍 1、充电桩：充电桩指的是带有充电枪及人机交互界面的充电设备，简单来说就是能充电的电气设备，充电桩是较小的充电单元，通常安装在公共场所如加油站、商场或居民小区内，它们直接与交流电网连接，并提供固定功率的充电服务。充电桩可分为直流（又称：快充）充电桩和交流（又称：慢充）充电桩。直流充电桩采用三相四线制供电，直接为动力电池充电；交流充电桩只提供电力输出，需连接车载充电机（OBC）方可实现充电。充电桩一般配备智能识别、计费管理、远程监控和安全保护等。 2、充电堆：充电堆是一种大型电源集群，专门设计用于满足大规模充电需求，如大型停车场或企业，充电堆能够将交流电转换为直流电，并配置有多个充电模块可以同时为多辆电动车提供服务，它的设计旨在高效利用电源模块并合理分配充电功率，能够满足不同车型的充电需求，提高充电转换效率及设备利用率功能。 02 组成结构 1、充电桩的组成结构充电桩的主体结构包括桩体、充电模块、显示屏、连接线缆、账务管理模块、安全保护装置等部分，这些部分的结构设计和质量直接影响充电桩的使用寿命和安全性。 2、充电堆的组成结构充电堆主要由能量单元、充电控制器、监控系统、能量调度系统、通信系统、散热系统等部分组成。 03 工作原理 1、充电桩的工作原理纯电动汽车充电的一般结构框图如下图所示。工作原理是：由三相电网输入交流电，经桥式不可控整流电路变成直流电，经LCR电路滤波后送到高频DC-DC功率变换器，功率变换器经过直直变换输出需要的直流电压，经输出滤波后为电动汽车蓄电池充电。充电可选择定电量、定时间、定金额、自动（充满为止）四种模式。 ▲充电桩结构图综上，充电桩的工作原理可以总结为利用电源、转化器和输出装置结合在一起，从而将电压由低变高，将高压转换成能提供电力供应的状态，最后实现给电动汽车充电。 2、充电堆的工作原理充电堆主要由充电模块、监控模块、能量调度模块和通信模块组成，各模块之间相互配合，共同完成智能充电任务。监控模块实时监测电池模块的电压、电流和温度等参数，根据这些参数调整充电模块的输出，确保车端的电池模块的需求进行安全充电。通信模块与云端服务器连接，实现远程监控和管理，提高充电堆的智能化、数字化。 ▲充电堆结构图充电模块是新能源汽车直流充电设备的核心部件，主要作用是将电网中的交流电转换为可供电池充电的直流电，它也是充电桩产业中最有价值量的一环，成本占比约整个充电桩成本的50%。关于充电模块，华为曾提到过“功率池化”的概念，也叫智能柔性充电堆，就是充电堆将充电站全部充电模块集中在一起，形成功率池，通过功率切换单元，能够根据不同电动车对电流、电压的需求，按需分配，提高充电效率，不再产生功率“浪费”的现象。 ▲“功率池化”示意图 04 应用场景 1、充电桩的应用场景通常安装在公共场所如加油站、商场或居民小区内 2、充电堆的应用场景（1）高速路、港口、机场等重要人群密集流动快的区域充电堆可以为电动汽车提供快速充电服务，解决电动汽车续航里程焦虑问题，充5分钟跑200公里。（2）商业地带充电堆在网约车、城市周边公共充电可以充分发挥智能充电的作用，可快、可慢、根据实际需求自行选择。（3）其他应用场景充电堆还可以应用于商业地带、居住小区等，可以用小功率堆实现轮充、有序充电等，还可以结合储能实现光储充一体。充电桩与充电堆两者都是电动汽车的充电设施，应用场景不可避免的会出现重复部分，但总的方向是充电桩适合个人用户或小规模场所，充电堆适合大型停车场、高速公路服务区等大规模充电需求的区域。
2025-01-20
发表了主题帖：充电站各类安全隐患及处理建议

在当今社会，随着电动汽车产业的蓬勃发展和绿色出行理念的深入人心，充电站作为电动汽车能量补给的关键基础设施，其重要性日益凸显。然而，伴随机遇而来的，是充电站在运营过程中不可忽视的安全风险与挑战。从电气安全、消防安全到人身安全，每一个环节都牵动着广大用户、运营商乃至整个社会的神经。本篇文章为充电站常见安全隐患典型问题进行整理，希望对场站运营方有一定的帮助。一.重大安全隐患典型问题问题1：交直流充电桩桩体外壳未设置明显接地。不符合广东省标准DBJ/T 15-150-2018《电动汽车充电基础设施建设技术规程》 4.7.3 “充电设备的金属外壳和支架、底座等金属构件均应就近与建筑物的接地装置可靠连接”要求。建议：将充电设备的金属外壳、支架以及底座等金属构建，就近与建筑物的接地装置进行可靠连接。若条件允许，也可考虑在充电桩附近设置独立的接地极，接地电阻应不大于4Ω。问题2：部分充电站电选址不符合防火要求。大功率的充电设施（如直流充电桩、充电主机系统）安装在建筑物的地下负一层。这一布局违反了GB/T 51313-2018 《电动汽车分散充电设施工程技术标准》中的相关规定。特别是“表6.1.5 ：多层汽车库充电设施防火单元最大允许建筑面积1250平方米，且要设置火灾自动报警系统、排烟设施、自动喷水灭火系统、消防应急照明和疏散指示标志”要求。建议：深圳发布的《新能源汽车地下停放场所消防安全管理规范》对于地下停车场内充电桩的设置及充电功率提出了具体且明确的限制要求—充电桩应有限安装在地下一层及二层，并不建议在地下更深层区域进行安装；同时，充电功率应被限定在30kw以下，并推荐使用慢充桩。大功率充电设施（如非车载充电机、充电主机系统）应避免设置在建筑物的地下层，而是更适宜集中布局于建筑物的地上某一区域。在选择充电站位置时，应充分考虑消防安全要求，确保所选位置符合相关防火标准，并配备必要的消防设施，以保障人员和财产的安全。问题3：部分充电站未配置灭火器不符合GB 50966-2014《电动汽车充电站设计规范》中第11.0.4条“电动汽车充电站建筑物灭火器的配置应符合现行国家标准《建筑灭火器配置设计规范》GB 50140的有关规定。室外充电区灭火器的配置应符合下列要求： ▷ 不考虑插电式混合动力汽车进入时，充电站应按轻危险级配置灭火器； ▷ 考虑插电式混合动力汽车进入时，充电站应按严重危险级配置灭火器。建议： ▷ 站点消防器材应配置齐全、完好。 ▷ 无插电式混合动力汽车进入的充电设施区域宜放置不少于4kg的手提式干粉灭火器，放置距离为15米一个，不足15米取整放置且一个配置点不应少于2具； ▷ 有插电式混合动力汽车的充电设施区域宜放置不少于4kg的手提式干粉灭火器，放置距离为9米一个，不足9米取整放置且一个配置点不应少于2具。 ▷ 在充换电基础设施附近，宜增加配置灭火剂充装量不小于30L的推车式水基型灭火器或推车式水喷雾灭火器，推车式灭火器最大保护距离30m。对于选址在地下车库的充电站应按照各地出台的政策，例如江苏地下车库充电站的消防设施设备为： ▷ 充电区域的自动喷水灭火系统应采取快速响应喷头，每个充电车位上方应至少设置2个喷头。 ▷ 充电区域增设可燃气体探测器，探测气体种类宜为氢气或一氧化碳。 ▷ 每个充电车位上方至少设置1只感烟探测器，宜设置高灵敏度感烟探测器，鼓励增设图像型火灾探测器或红紫外复合火焰探测器。 ▷ 充电区域的灭火器应按严重危险级配置，且应至少增配1具不小于60L的推车式水基型灭火器或推车式泡沫灭火器，最大保护距离不应大于30m。 ▷ 充电区域宜配置大尺寸汽车用灭火毯、便携式高效泡沫灭火设备、防火挡水围栏等灭火器材和设备。问题4：充电站点堆积较多易燃纸皮杂物，存在严重消防安全隐患。不符合GB/T 37293-2019《城市公共设施电动汽车充换电设施运营管理服务规范》5.3“充换电设施充换电工作区域不应存放易燃易爆物品、污染和腐蚀介质”的要求。建议：及时清理站点堆积的易燃杂物，做好站点消防安全管理，合理规划站点空间，做好站点快递堆积区域与充电区域的有效隔离。问题5：部分充电桩设置在疏散通道门口，且紧靠建筑物窗户布置。这种布局在充电过程中若发生火灾，将对人员的逃生生命通道造成极大的阻碍，不符合DBJT 15-150-2018广东《电动汽车充电基础设施建设技术规程》4.2.2（2）“充电设备不应布置于疏散通道上，且充电时不应影响人员疏散”的要求。建议：立即调整充电设备的布局，做好站点疏散通电两侧与充电区域的有效隔离，做好站点消防安全管理，充电设备不应布置于疏散通道两侧。加强站点的消防安全管理工作，定期进行消防安全检查和演练，确保所有员工熟悉紧急疏散程序，并具备应对突发情况的能力。二.较大安全隐患典型问题问题1：箱变低压柜出线开关不是漏电开关（下级配电箱、充电桩进线开关也不是漏电开关）。不符合GB 50966-2014《电动汽车充电站设计规范》5.2.4 第1条“电源进线宜采用阻燃电缆及电缆护管，并应安装具有漏电保护功能的空气开关”要求。在发生人身触电时开关不会立刻跳闸，存在较大的人身触电安全隐患。建议：在低压柜、配电箱的出线开关或充电进线开关中，至少有一侧应配备具有漏电保护功能的开关。这将有效减少触电事故的风险，保障操作人员的生命安全。问题2：操作充电桩漏电开关测试按钮，开关不能跳闸；且开关漏电保护定值设定为500mA或300mA，设定值过大。发生漏电时，不能以最短时间切除开关，可能起不到有效的保护作用。建议：剩余电流保护装置（RCD）动作试验每月应不少于一次，剩余电流条件下的动作特性试验每年应不少于一次。充电桩漏电保护开关漏电动作电流值宜设置为100mA及以下，漏电动作时间宜设置为最小时间。问题3：配电箱未安装浪涌保护器，充电桩内部也未配置；或配电箱内、充电桩内浪涌保护器已动作失效。不符合GB/T 18487.1-2015《电动汽车传导充电系统第1部分：通用要求》中第11.7条“电涌保护器的安装与选型应根据供电设备的安装场所并满足GB 50057-2010中6.4的要求，当充电设备必须采取避雷防护措施时，应在导电体和PE之间安装浪涌保护装置”要求。建议：及时加装或更换故障浪涌保护器。问题4：配电箱内电缆进出线孔洞未封堵。如未做封堵，可能会出现小动物进入的情况，造成短路故障；也会造成配电箱内凝露严重，有较多水珠，导致电气设备氧化生锈，或导致配电箱内铜排、电缆等电气连接点出现严重受潮、腐蚀现象。建议：配电箱各处孔洞应用阻燃性防火泥封堵严密。问题5：箱变高压室SF6环网柜气压偏低（已靠近红色低气压区域或处于红色低气压区域），影响高压柜安全运行。建议：委托有资质的电力施工企业尽快查明原因，对设备进行维修或更换。问题6：箱变低压出线柜大开关接小线。额定电流63A/250A开关接2.5mm²、1.5mm²的照明或监控线缆，一旦出现线缆故障，开关无法起到保护作用（线缆被施工人员挖伤，烧断，但是开关没有动作跳闸）。建议： ▷ 根据实际负荷配置开关与电缆，每个开关对应一个出线回路； ▷ 运行中加强设备定期巡检，做好红外测温检查，及时发现设备运行安全隐患。问题7：配电箱及充电堆接地不规范，接地扁铁与设备底座焊接接触面积不足。不符合GB 50169《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》 3.4.2“接地体（线）的焊接应采用搭接焊，其搭接长度必须符合下列规定 1：扁钢应为其宽度的2倍（且至少3个棱边焊接）”的要求。建议： ▷ 重新焊接，接地线、接地极采用电弧焊连接时应采用搭接焊缝，其搭接长度应满足：扁钢应为其宽度的2倍且不得少于3个棱边焊接； ▷ 圆钢应为其直径的6倍； ▷ 圆钢与扁钢时，其长度应为圆钢直径的6倍。问题8：绝缘手套、绝缘鞋老化破损严重，未送专业检测机构进行定期检测，缺少验电棒和接地线等绝缘安全工器具。不符合GB 26860《电力安全工作规程（发电厂和变电站电气部分）》要求，绝缘安全工器具试验合格后方可使用，不得超期使用。建议： ▷ 绝缘安全工器具应配置齐全、完好； ▷ 各种安全工器具均应按GB 26860规定的试验项目、周期和要求进行试验，试验合格后方可使用，不得超期使用。问题9：站点灭火器气压不足，灭火器无定期检查记录。不符合《中华人民共和国消防法（2021修订版）》第二章火灾预防第十六条中第二点“按照国家标准、行业标准配置消防设施、器材，设置消防安全标志，定期组织检验、维修，确保完好有效”要求。建议： ▷ 及时对过期、失效的消防设施、器材进行更换； ▷ 每月对消防设施、器材进行检查和记录。问题10：运营企业没有提供站点高低压配电及充电设施巡检记录、漏电开关动作测试、站点接地电阻测试、箱变高低压配电设备定期试验等安全管理资料供现场查验。不符合DB44∕T 2156-2019《公共场所（户内）用电设施建设及运行安全规程》第6.1.11条“用电设施运行维护应配备相关标准、规程以及设备台账、竣工图纸、设备厂家资料、验收记录、巡视记录、设备动作记录、缺陷和故障处理记录、试验记录、应急预案等管理资料”要求。建议： ▷ 加强定期巡检与测试：运营企业应建立健全的巡检机制，高低压配电及充电设施定期巡检工作（每月一次），做好漏电开关定期动作试验（每月至少一次），接地电阻定期试验（每年至少一次），确保设备的稳定运行。 ▷ 规范配电设备试验周期：新投运设备运行满2年应进行首次预防性试验，往后每6年应至少进行1次预防性试验。问题11：充电设施设备距10kv架空安全线距离不足当充电设施设备与10kv架空线的安全距离不足时，工作人员或公众在接触这些设备时可能会遭受电击，导致人身伤害甚至死亡，还可能导致充电设施设备与架空线之间发生短路，导致火灾或爆炸等严重后果。同时近距离的架空线可能会对充电设备产生电磁干扰，，影响其正常运行。建议： ▷ 重新规划充电设施设备的布局，确保其与10kv架空线之间的安全距离符合相关规定。具体来说，10KV电力线路与居民区及工矿企业地区的安全距离为6.5米；非居民区，但是有行人和车辆通过的安全距离为5.5米；交通困难地区的安全距离为4.5米；公路路面的安全距离7米；铁道轨顶的安全距离为7.5米。 ▷ 加强绝缘测试：对充电设施设备的金属部分进行绝缘处理，确保其不会与架空线直接接触。 ▷ 设置警示标识：设置明显的警示标识，提醒工作人员和公众注意安全距离。三.轻微安全隐患典型问题问题1：箱变高压室进水；充电桩内部进水，设备内部存在较多积水。建议：检查设备进水、渗水原因，及时进行维护处理。问题2：充电桩枪线脱落，充电枪枪头损坏、绝缘帽缺失，枪头锁止装置损坏失效。不符合GB/T 20234-2015《电动汽车传导充电用连接装置第1部分:通用要求》第1部分中第6.2.3条“供电插头与车辆插头的外壳应将端子和充电电缆的端部完全封闭”要求。建议： ▷ 固定枪缆绝缘层，避免枪缆外露，割伤电缆； ▷ 安排人员定时进行巡查，及时发现并对有问题的充电枪枪头进行更换或维修，以免发生触电、漏电等事故或造成车辆充电损坏故障。问题3：站点充电桩无安全警示标识或警示标识不齐全。不符合DB44/T 2157—2019《公共场所（户外）用电设施建设及运行安全规程》第6.1.7条“用电设备应有清晰、完整、正确的标识和安全警示，应有日常维护人员有效联系方式及产权人信息，相关人员及信息变更应及时更换标识”要求。建议： ▷ 严格遵循规范要求：立即按照DB44/T 2157—2019的相关条款，全面检查并张贴所有必要的安全警示标识，确保所有标识内容清晰、准确、完整。 ▷ 增设关键警示牌：在充电设备的显著位置，应特别增设“有电危险”“未成年人禁止操作”“充电期间，人车分离”警示牌及安全注意事项，对于位于室外的充电设备，还需额外增设“雷雨天气禁止操作”警示牌。 ▷ DBJT 15-150-2018《电动汽车充电基础设施建设技术规程》4.9.10 问题4：站点未张贴“禁止非法改装的电动两轮车进入充电”标识。建议：在站点张贴告示，严禁非法改装的电动两轮车进入充电，并加强站内巡查监管。问题5：场站充电设施区域积水安全隐患：积水可能导致充电设施内部的电气部件受潮，进而引发短路、漏电等电气故障。同时积水区域石化，容易引发滑倒、摔伤等意外事故。建议： ▷ 完善充电设施区域的排水系统，确保积水能够及时排除。定期检查排水设施的运行状态，即使清理堵塞物，保持排水畅通。 ▷ 定期对充电设施进行电气安全检测，确保设施的绝缘电阻、接地电阻等电气参数符合此规定。在充电设施区域设置明显的警示标识，提示公众注意积水风险。
2025-01-17
发表了主题帖：技术 |一种采用碳化硅功率器件的直流充电电源拓扑及优化设计

本帖最后由火辣西米秀于 2025-1-17 08:19 编辑随着国家汽车电动化的战略发展方向的确立，市场对电动汽车的需求量越来越大，电动汽车的保有量也逐年高速上升，对于为电动汽车提供充电服务的充电桩，也迎来了很大的发展机遇。众所周知，电动汽车充电桩可分交流充电桩和直流充电桩两大类。交流充电桩可为电动汽车内部的车载充电机提供单相交流电，通过车载充电机给电动汽车的电池充电，桩体体积较小，充电功率较低，俗称“慢充”。而直流充电桩则为可直接为电动汽车动力电池充电的装置，其主要由充电模块、计费控制系统及继电保护部分构成。充电模块是一种可将三相交流电转换为直流电的整流电源，其作为直流充电桩最的核心部件，直接影响充电桩的性能、成本和可靠性。第三代半导体材料以GaN和SiC等材料为代表。1969年实现了GaN单晶薄膜的制备。1994年中村修二研发了第一支高亮度的GaN基蓝光LED。1891年，SiC晶体被人工合成。1959年，荷兰Lely发明SiC的升华生长法（或物理气相传输法，即PVT法），后来经过改进的PVT法成为SiC单晶制备的主要方法。与Si材料相比，第三代半导体材料具备应用于电力电子功率器件的先天性能优势，第三代半导体功率器件的快速发展和商业化，为电力电子领域带来了技术革新的契机，广泛应用于新能源发电、电机传动、大功率直流电源、电动汽车及其充电装置等领域，如图1所示。特别是碳化硅作为第三代半导体材料，从材料特性上与硅材料相比，碳化硅材料具有前者无法比拟的优越的特性。因此碳化硅功率器件在阻断电压、导通电阻、开关速度、开关损耗、热稳定性上与硅功率器件相比均具有一定的优势，非常适用于高频、高功率密度、高温场合的应用。将碳化硅功率器件应用于直流充电领域，有利于提高充电电源的转换效率及环境耐受能力，在一定程度上解决充电桩行业的痛点，有着广阔的市场前景。图1 第三代半导体广泛应用在建设交通强国重大战略决策指引下，瞄准SiC半导体材料带来的新特性，拓宽SiC功率器件在功率变流系统中使用的性能极限，将有望实现电动汽车大功率、快速充电设备在效率、功率密度等方面的进一步提高。2016年，科技部启动“战略性先进电子材料”重点专项，“中低压SiC材料、器件及其在电动汽车充电设备中的应用示范”，其子课题“全碳化硅高效率充电设备的研制和规模示范应用”围绕SiC器件充电设备开展技术攻关，针对SiC器件在充电功率模块中应用的重要研究内容，采用提高开关频率、改良功率变换拓扑的方法，实现电动汽车充电设备高电能转换效率、高功率密度、高可靠性的技术突破。电动汽车及其充电装置具有多种电能变换需求，采用SiC器件能够大幅度缩小装备的体积，降低装备的重量，并显著节能降耗，帮助提高电动汽车续航里程、缩短充电时间。采用SiC器件在带来高开关速度的同时，也导致干扰增强、寄生参数影响更显著，栅源电压干扰问题突出。目前，国内外学者从宽禁带器件的干扰机理和可靠关断技术方面对碳化硅器件在直流充电桩中的应用开展了一系列研究，而且对充电桩电源整体设备的开发带来了许多好处。因此，继续进行理论研究和直流充电行业的电源设备开发是非常重要的。本文介绍一款基于碳化硅功率器件的直流充电电源方案，说明其拓扑结构及其在驱动方面的技术优化。图2 研发的全碳化硅直流充电桩的电源模块 1 拓扑结构及驱动优化设计为了将交流电压整流为直流电压，并且适应多种乘用车充电需求，全碳化硅电源模块采用两级串联的结构，如图3所示。前级采用PWM整流器，用来实现功率因数校正功能，并为前后级的中间直流母线提供稳定的直流电压。后级采用LLC谐振变换器，具有高频隔离功能，并因其软开关特性，而具有较低的开关损耗，有利于发挥碳化硅功率器件高速开关的优势。图3 全碳化硅功率模块拓扑结构图4 对比实验所用PWM整流器的外观和PCB布局根据法拉第电磁感应定律，SiC MOSFET在电流上升或下降过程中产生栅源电压额外应力，其变化方向恰好与驱动过程中期望的栅源电压变化方向相反，因此形成二阶负反馈系统，影响栅源电压变化。驱动回路电感反馈通路部分过大将加剧栅源电压应力，恶化开关损耗；驱动回路电感前向通路部分过大将诱发谐振，或恶化开关损耗。总之，驱动回路杂散电感过大，不仅会带来谐振隐患，还将迟滞栅源电压变化，导致电流变化时段延长，开关损耗变大。如图4所示，在相同的驱动电路、工作条件和器件电气参数的情况下，选取了两种杂散电感不同的封装结构，作为两个对照实验案例。驱动电路参数设计时，综合考虑驱动芯片特性、栅源电压干扰抑制策略，确保驱动电路和器件工作条件保持一致。唯一不同的是，相比于案例1，案例2优化了驱动回路杂散电感，并采用4引脚的开尔文封装结构。 2 实测数据为了进一步验证方案的实用性，本文作者基于全碳化硅功率器件开发了一款电源模块样机，进一步以此实验平台进行实验研究。图5为全碳化硅电源模块额定满载运行的波形。示波器1至3通道分别为输入全碳化硅电源模块的三相交流电流（ia、ib、ic），示波器4通道为全碳化硅电源模块的输出电压vout。由此可见，全碳化硅电源模块稳定运行时，输入的交流电流具有良好的正弦度，不会对电网造成严重的谐波污染。图5 实验结果：电源模块满载运行波形图6为30kW满载工况PWM整流器的实验结果。vGS是SiC MOSFET的栅源电压。iL是其滤波电感的电流，即输入交流电流。样机采用优化的SVPWM方法，vGS波形上显示120°无开关动作区。在该图的放大区域展示了栅源电压应力优化的情况。下降沿之后，vGS波形出现正的尖峰干扰；在上升沿之前，vGS波形呈现负峰值干扰。以负峰值为例进一步放大，波形显示，在电感电流峰值处，案例2的栅压负向应力降低，栅压应力有明显降低。案例2由于驱动回路杂散电感较小，因而，额外增加的栅源电压应力也较低。图6 全SiC PWM整流器的实验结果：栅压应力优化图7 全SiC PWM整流器的效率曲线图7是通过功率分析仪PA5000H测量的效率曲线。在驱动设计优化后，案例2比案例1的PWM整流器在半载15kW时效率提高约0.16%（24W），满载30kW时效率提高约0.1%（30W），峰值效率可达97.93%，比未采驱动电路优化设计的高出0.16%。全SiC PWM整流器在不同功率工况下的测效率对比表明，采用本章所提的驱动电路设计策略，可以提高功率变流器效率。 3 结论与展望本文介绍了一种采用碳化硅功率器件的直流充电电源拓扑及优化设计方案。分析了驱动电路充放电动态过程及驱动回路参数的影响，发现驱动回路的分布电感，不仅影响驱动电路的受干扰情况，也增大了开关过程中电流上升模态和电流下降模态中的开关损耗。本文随后针对这一特点，对所研制的电源模块进行了驱动回路优化。实测结果显示，优化后额外增加的栅源电压应力较低，同时，变换器效率有所提升。李志君/泰科天润半导体科技(北京)有限公司
2025-01-16
发表了主题帖：碳化硅技术如何变革汽车车载充电

本帖最后由火辣西米秀于 2025-1-16 08:40 编辑日趋严格的CO2排放标准以及不断变化的公众和企业意见在加速全球电动汽车(EV)的发展。这为车载充电器(OBC)带来在未来几年巨大的增长空间，根据最近的趋势，到2024年的复合年增长率(CAGR(TAM))估计将达到37.6%或更高。对于全球OBC模块正在设计中的汽车，提高系统能效或定义一种高度可靠的新拓扑结构已成为迫在眉睫的挑战。用于单相输入交流系统的简单功率因数校正(PFC)拓扑结构(图1)是个传统的单通道升压转换器。该方案包含一个用于输入交流整流的二极管全桥和一个PFC控制器，以增加负载的功率因数，从而提高能效并减少施加在交流输入电源上的谐波。这种流行的PFC升压拓扑的优点是设计简单，实施成本低且性能可靠。然而，二极管桥式整流器的导通损耗是不可避免的，且这将不支持车辆向AC电网提供电能的双向运行。采用多通道交错式传统升压转换器，对升压电路进行多次迭代，可改善某些系统性能参数，但并不能省去输入二极管桥。图1：传统的PFC 仿真数据(图2)表面，在PFC块中，输入二极管桥的功率损耗比其他所有元器件损耗都要大。图2：PFC中的功率损耗分布为了提高OBC系统的能效，人们研究了不同的PFC拓扑结构，包括传统PFC、半无桥PFC、双向无桥PFC和图腾柱无桥PFC。其中，图腾柱PFC(图3)由于减少了元器件数量，降低了导通损耗，且能效高，因而广受欢迎。图3：无桥图腾柱PFC 传统的硅(Si) MOSFET很难在图腾柱PFC拓扑中的连续导通模式(CCM)下工作，因为体二极管的反向恢复特性很差。碳化硅(SiC) MOSFET采用全新的技术，比Si MOSFET具有更胜一筹的开关性能、极小的反向恢复时间、低导通电阻RDS(on)和更高的可靠性。此外，紧凑的芯片尺寸确保了器件的低电容和低门极电荷(QG)。设计OBC的另一个挑战是，车辆中分配给模块的空间有限。在功率要求和电池电压不断提高的同时，设计既能满足机械尺寸要求又能提供所需输出功率的OBC变得越来越困难。使用当前用于OBC的技术，工程师们不得不在功率、尺寸和能效之间进行权衡，而SiC正在突破这些设计障碍。工程师使用具有更高开关频率的SiC，可使用更小的电感器，仍能达到以前相同的电感器纹波电流要求。在OBC系统中使用SiC MOSFET的好处是能够以更高的频率进行开关，功率密度更高，能效更高，EMI性能得到改善以及系统尺寸减小。如今，SiC已广泛使用，工程师可在设计中使用图腾柱PFC来提高性能。安森美半导体方案中心最新发布的采用6.6 kW图腾柱PFC的OBC评估板为多通道交错式无桥图腾柱PFC拓扑提供了参考设计。该设计在每个高速支路包括一个隔离的高电流、高能效IGBT驱动器(NCV57000DWR2G)和两个高性能SiC MOSFET (NVHL060N090SC1)。此外，低速支路采用两个由单片高边和低边门极驱动器IC (FAN7191_F085) 控制的650 V N沟道功率MOSFETSUPERFET®III (NVHL025N65S3)。图4：6.6 kW交错式图腾柱PFC评估板在图腾柱拓扑结构中采用这些高性能SiC MOSFET配置，系统能效达到97% (典型值)。该设计包括硬件过流保护(OCP)、硬件过压保护(OVP)和辅助配电系统(非隔离)，可为PFC板和控制板上的每个电路供电，而无需其它直流源。灵活的控制接口可适应各种控制板。图5：6.6 kW交错式图腾柱PFC评估板框图
2025-01-15
发表了主题帖：碳化硅器件加倍充电桩性能

本帖最后由火辣西米秀于 2025-1-15 08:50 编辑 1.充电桩的应用前景巨大的市场应用前景，充电桩存在着很大的挑战，如市场竞争激烈导致对系统整体成本下降的要求，恶劣环境下（如高温高湿盐雾灰尘等）长时间工作导致可靠性问题，建设用地紧张导致对充电桩更高的功率密度要求，运营商因成本压力而提出越来越高的整机效率要求等等。面对这些挑战问题，越来越多的充电桩工程师开始寻求第三代功率半导体碳化硅解决方案，以实现使用更少的器件满足更大的单机容量要求。 2.碳化硅材料相较于硅，SiC材料优势显著：耐高压：SiC材料相比于Si材料具有10多倍的击穿场强，这使得SiC能够以更低的电阻率和更薄的漂移层达到更高的击穿电压。在相同耐压水平下，SiC功率模块的导通电阻和体积仅为传统硅功率模块的十分之一，功率损耗大幅减少；耐高频：由于SiC材料不存在电流拖尾现象，SiC元件的开关速度得以提高，达到传统硅开关速度的3到10倍，从而适用于更高频率和更快的开关速度；耐高温：SiC材料的禁带宽度是硅的3倍，导热率可达3-5倍，极限工作温度提高了2倍，饱和电子漂移速率也超过了2倍。这些性能提升意味着SiC器件在减少电流泄露的同时，能够在更高的温度下稳定工作，为功率电子系统的可靠性和效率带来了质的飞跃。 3 碳化硅引入充电桩，快速充电再升级充电模块是充电桩的核心零部件，约占充电桩总成本的50%；其中，半导体功率器件又占到充电模块成本的30%，即半导体功率模块约占充电桩成本15%，在高压快充的趋势下，碳化硅器件的运用能有效解决充电桩设备目前需采用更耐高压、耐高温、安全的新型器件的痛点，降本增效实现电动车快速充电。半导体功率器件，碳化硅（‌SiC）‌二极管在充电桩模块的应用主要体现在其能够提高充电桩的效率和性能，‌同时降低成本。‌与传统硅基二极管相比，‌碳化硅二极管具有更高的耐压能力，‌这意味着在充电桩中，‌使用碳化硅二极管可以减少所需元件的数量，‌从而简化电路设计减小模块并降低整体成本。‌此外，‌碳化硅二极管的快速开关特性和高温稳定性使其成为充电桩的理想选择，‌尤其是在需要高效率和高可靠性的应用中。‌具体来说，‌碳化硅的应用带来了以下好处：‌ 提高效率和功率密度：‌碳化硅二极管能够增加充电桩近30%的输出功率，‌并减少损耗高达50%左右，‌显著提高了充电桩的效率和功率密度。‌ 减小体积和简化设计：‌由于碳化硅二极管的优秀特性，‌可以减小充电桩模块的体积，‌进一步简化电路设计，‌从而降低产品的整体成本。‌ 增强稳定性：‌碳化硅二极管的抗辐射特性增强了充电桩的稳定性，‌使其在恶劣环境下也能保持正常工作。‌ 提高性价比：‌虽然碳化硅二极管的初始成本可能较高，‌但其长期运行的效率和可靠性优势使得总投资回报更加合理。 4 碳化硅在高压快充领域极具竞争优势电池电压从400V增加到800V，相应的直流快充桩的电压水平也提升至800V-1000V。这要求充电桩采用能够承受高达1200V的功率组件，而碳化硅更高的效率、频率都能令高功率充电桩受益。目前，越来越多充电运营商正积极投入SiC技术研发，并将其运用至充电模块及相关产品中，成为新能源主流车企和充电桩桩企的布局热点。
2025-01-14
发表了主题帖：碳化硅MOSFET ：在充电桩电源模块、光伏逆变器、光储一体机中的应用

本帖最后由火辣西米秀于 2025-1-14 08:22 编辑 SiC 具有宽的禁带宽度、高击穿电场、高热传导率和高电子饱和速率的物理性能，使其有耐高温、耐高压、高频、大功率、抗辐射等优点，可降低下游产品能耗、减少终端体积。碳化硅的禁带宽度大约为 3.2eV，硅的宽带宽度为 1.12eV，大约为碳化硅禁带宽度的 1/3，这也就说明碳化硅的耐高压性能显著好于硅材料。此外，碳化硅的热导率大幅高于其他材料，从而使得碳化硅器件可在较高的温度下运行，其工作温度高达 600℃，而硅器件的极限温度仅为 300℃;另一方面，高热导率有助于器件快速降温，从而下游企业可简化器件终端的冷却系统，使得器件轻量化。根据 CREE 的数据，相同规格的碳化硅基 MOSFET 尺寸仅为硅基MOSFET 的 1/10。同时，碳化硅具有较高的能量转换效率，且不会随着频率的提高而降低，碳化硅器件的工作频率可以达到硅基器件的 10 倍，相同规格的碳化硅基 MOSFET 总能量损耗仅为硅基 IGBT 的 30%。碳化硅材料将在高温、高频、高频领域逐步替代硅，在 5G 通信、航空航天、新能源汽车、智能电网领域发挥重要作用。碳化硅产业链可分为三个环节：碳化硅衬底材料的制备、外延层的生长、器件制造以及下游应用市场，通常采用物理气相传输法(PVT 法)制备碳化硅单晶，再在衬底上使用化学气相沉积法(CVD 法)生成外延片，最后制成器件。在 SiC 器件的产业链中，主要价值量集中于上游碳化硅衬底(占比 50%左右)。碳化硅衬底根据电阻率划分： 1、半绝缘型碳化硅衬底：指电阻率高于 105Ω·cm 的碳化硅衬底，其主要用于制造氮化镓微波射频器件。微波射频器件是无线通讯领域的基础性零部件，中国大力发展 5G 技术推动碳化硅衬底需求释放。 2、导电型碳化硅衬底：指电阻率在 15~30mΩ·cm 的碳化硅衬底。由导电型碳化硅衬底生长出的碳化硅外延片可进一步制成功率器件，功率器件是电力电子变换装置核心器件，广泛应用于新能源汽车、光伏、智能电网、轨道交通等领域。汽车电动化趋势利好 SiC发展。碳化硅应用场景根据产品类型划分： 1、射频器件：射频器件是在无线通信领域负责信号转换的部件，如功率放大器、射频开关、滤波器、低噪声放大器等。碳化硅基氮化镓射频器件具有热导率高、高频率、高功率等优点，相较于传统的硅基 LDMOS 器件，其可以更好地适应 5G 通信基站、雷达应用等领域低能耗、高效率要求。 2、功率器件：又称电力电子器件，主要应用于电力设备电能变换和控制电路方面的大功率电子器件，有功率二极管、功率三极管、晶闸管、MOSFET、IGBT 等。碳化硅基碳化硅器件在 1000V 以上的中高压领域有深远影响，主要应用领域有电动汽车/充电桩、光伏新能源、轨道交通、智能电网等。 3、新能源汽车：电动汽车系统涉及功率半导体应用的组件有电机驱动系统、车载充电系统(On-board charger，OBC)、车载 DC/DC 及非车载充电桩。其中，电动车逆变器市场碳化硅功率器件应用最多，碳化硅模块的使用使得整车的能耗更低、尺寸更小、行驶里程更长。目前，国内外车企均积极布局碳化硅器件应用，以优化电动汽车性能，特斯拉、比亚迪、丰田等车企均开始采用碳化硅器件。随着碳化硅功率器件的生产成本降低，碳化硅在充电桩领域的应用也将逐步深入。 4、光伏发电：目前，光伏逆变器龙头企业已采用碳化硅 MOSFET 功率器件替代硅器件。根据中商情报网数据，使用碳化硅功率器件可使转换效率从 96%提高至 99%以上，能量损耗降低 50%以上，设备循环寿命提升 50 倍，从而带来成本低、效能高的好处。 5、智能电网：国家大力发展新基建，特高压输电工程对碳化硅功率器件具有重大需求。其在智能电网中的主要应用场景包括：高压直流输电换流阀、柔性直流输电换流阀、灵活交流输电装置、高压直流断路器、电力电子变压器等装置。相比其他电力电子装置，电力系统要求更高的电压、更大的功率容量和更高的可靠性，碳化硅器件突破了硅基功率半导体器件在大电压、高功率和高温度方面的限制所导致的系统局限性，并具有高频、高可靠性、高效率、低损耗等独特优势，在固态变压器、柔性交流输电、柔性直流输电、高压直流输电及配电系统等应用方面推动智能电网的发展和变革。 6、轨道交通：轨道交通对其牵引变流器、辅助变流器、主辅一体变流器、电力电子变压器、电源充电机等装置 7、射频通信：碳化硅基氮化镓射频器件同时具备碳化硅的高导热性能和氮化镓在高频段下大功率射频输出的优势，能够满足 5G 通讯对高频性能和高功率处理能力的要求，逐步成为 5G功率放大器尤其宏基站功率放大器的主流技术路线。行业典型碳化硅应用：碳化硅MOSFET的主要应用领域包括：充电桩电源模块、光伏逆变器、光储一体机、新能源汽车空调、新能源汽车OBC、工业电源、电机驱动等。 1、充电桩电源模块与下游数量较多的充电桩制造商和运营商不同，目前充电模块行业玩家数量有限。历经过去几年的激烈竞争，行业逐渐出清。目前主流企业仅10家左右，包括特来电、盛弘股份、科华恒盛等为代表的自产自用型;以及英飞源、优优绿能、星源博睿、英可瑞等为代表的外供型两类。随着新能源汽车800V平台的出现，主流充电模块也从之前主流的15、20kW向30、40kW发展，输出电压范围300Vdc-1000Vdc，并且具备双向充电功能，以达到V2G/V2H等技术要求。因此，越来越多充电模块企业开始采用SiC MOS方案。图新能源充电桩中SiC的应用 2、光伏逆变器在全球可再生能源的大力发展以及“双碳”战略目标的推动下，全球光伏产业迅速扩张，光伏逆变器市场整体也呈现高速发展趋势。根据海关总署数据，从出货情况来看，2023逆变器累计出口99.54亿美元，同比+11%。经过多年的市场竞争，当前我国光伏逆变器行业已经形成较为集中、整体竞争较为充分的格局。同时，国内知名逆变器品牌仍保持快速增长，出货量及全球市场占有率也在稳步提升。数据显示，2022年全球光伏逆变器供应商出货量市场排名前五的企业是：阳光电源、华为、古瑞瓦特、锦浪科技和SMA。而在研究机构BNEF公布的“全球最具融资价值光伏逆变器品牌”前十名榜单中，也有6家中国逆变器企业入围，其中，正泰电源、华为、阳光电源居于前三，锦浪、特变电工、固德威也位列其中。图光伏逆变器中SiC的应用 3、光储一体机光储一体机采用电力电子控制技术，通过智能控制实现能量转移，协调控制光伏与储能电池，平抑功率波动，并通过储能变流技术输出满足标准要求的交流电能向负载供电，满足用户侧多场景应用，广泛应用于离网光伏电站、分布式后备电源、储能电站等场合。国内光储一体机生产企业主要有：科陆电气、盛弘股份、兴储世纪、时代能创、精石电气、锦宇新能源、智源新能、采日能源、华自科技、邦照电气等。图光储一体机中SiC的应用 4、新能源汽车空调随着800V平台在新能源汽车上的兴起，在汽车空调压缩机控制器方案中，SiC MOS凭借其高压高效、贴片封装体积小等优势，成为市场首选。行业头部客户如弗迪科技、翰昂、华域三电、苏州中成、奥特佳、海立、威灵、上海光裕、重庆超力等。图新能源汽车空调中SiC的应用 5、大功率OBC 三相OBC电路中SiC MOS应用更高的开关频率，可以减小磁性元器件体积和重量，提高效率和功率密度，同时高系统母线电压，大大减少功率器件数量，便于电路设计，提高可靠性。图大功率OBC中SiC的应用 6、工业电源工业电源主要应用于如医疗电源、激光电源、逆变焊机、大功率DC-DC电源、轨道牵引机等，需要高压、高频、高效率的应用场景。
2025-01-12
发表了主题帖： 25 kW SiC直流快充设计指南：DC-DC级的设计考虑因素和仿真

本帖最后由火辣西米秀于 2025-1-13 08:14 编辑在本部分中，我们将讲解开发这种转换器的关键设计考虑因素和权衡，尤其是围绕磁性元件的定义，并讨论了电源仿真和所做的设计决策。还将讨论在变压器中的磁通平衡概念，以及如何在25 kW快速直流充电桩中解决这一问题。 1.设计DAB DC-DC级 DAB DC-DC转换器含有两个全桥，采用四个SiC MOSFET模块、一个谐振变压器和一个谐振电感实现。该系统运行相移调制并在高负载下实现ZVS，同时可在200 V至1000 V的宽输出电压范围内最大限度地提高效率。图1再次显示了之前在第二部分中介绍的该电路级的简化示意图。该转换器旨在提供最高效率当输出电压介于约650 V和 800 V之间。针对400 V电池的充电桩，应调整设计以在400 V电平附近提供峰值效率。表1概述了该转换器的主要设计特性。图1：双有源桥(DAB) DC-DC级含有两个全桥，中间有一个隔离变压器。表1.DC-DC转换器所需工作点的概览。 DAB磁性元件设计指南设计DAB-PS转换器的一个基本步骤是选择变压器和谐振电感的关键参数。变压器的匝数比(n1/n2)将显著影响转换器在整个工作范围内的效率，因此DAB-PS转换器的开发和优化很大程度上取决于磁性元件。正如下文即将讨论的那样，大多数仿真目标仅用于生成满足我们应用需求的磁性能要求。磁性元件供应商使用这些信息来完成满足应用需求的元件设计，并进行生产，同时尽可能降低损耗并减小尺寸。变压器匝数比(n1/n2)和效率当次级电压(VSEC)等于初级电压乘以n1/n2比值(公式 1时，DAB-PS转换器将达到峰值效率。因此，调整变压器的方式应确保当VSEC等于目标输出电压(对于本项目为约650 V 至800 V)时，达到该峰值性能工作点。以下仿真将显示匝数比是如何成为转换器效率的主要决定因素的(对于固定的开关频率和开关技术)，因为它会影响变压器的初级(IPRIM,RMS和IPRIM,PEAK)电流和次级(ISEC,RMS和ISEC,PEAK)电流。仿真将有助于确定何种匝数配置可提高整体效率并达到98%的目标值。为了启动并运行仿真，需要一些变压器匝数比的初始值。在本项目中，初始值是根据以前的设计、市场基准和技术文献中收集的经验提出的，并以公式1为坚实基础。谐振电感(LRESONANT) 谐振电感值需要根据DAB-PS中变压器的漏感进行调整。理论上，在某些设计中，变压器的固有漏感可用于实现支持ZVS的必要谐振。然而，在像本项目这样的高功率应用中，情况并非如此，因此所选的谐振电感值需要补充变压器的漏感。公式2定义了DAB-PS转换器的输出功率、初级和次级电压、开关频率、相移和谐振电感(谐振电感 + 变压器漏感)之间的关系。根据功率转换器中的典型情况，已证明fs值越高，所需的电感就越小。其中，P是DAB的功率传输，VPRIM是初级电压，VSEC是次级电压，ɣ是相移，fs是开关频率，LRESONANT+LEAKAGE是谐振电感 + 变压器漏感。该公式基于简化的线性化模型，但对初始估值很有用。通过应用公式2并将其与25 kW直流充电桩的规格进行比较，可以确定将LRESONANT与LLEAK的和取值为 22 µH左右会是一个合理的假设。表2显示，对于最坏情况(VSEC = 200 V)，可以在留有一定的裕量的条件下提供10 kW的额定输出功率，因为从谐振角度来看，理想情况下的最大功率传输为11.57 kW。表2.在整个输出电压范围内满足输出功率规格所需的 LRESONANT+LEAK。励磁电感(LM) 励磁电感(LM)在优化变压器尺寸方面发挥着重要作用，并且还会影响整体效率。对于给定的初级电压，较高的LM将转化为较低的励磁电流(IM)，从而降低流过磁芯的总磁通量，缩小所需的有效横截面积(Ae)(公式3、4和5)，这会有利于变压器更紧凑。尽管如此，较高的LM值意味着所需匝数(n1)的增加，在工作于高RMS电流的系统中(如本示例中的25 kW 电动汽车充电桩设计)，这会导致导线横截面积的增加(以使传导损耗得到控制)，然后导致变压器尺寸的增加，以便能够在磁芯的可用绕组区域中容纳磁芯。很明显，励磁电感值是变压器设计和优化的一个要素，但不是我们转换器的固定要求。因此，我们的工程师在此采用的方法是，依靠磁性元件制造商提供优化设计，尽可能做到紧凑和高效，同时满足应用要求(主要是效率、尺寸和成本)。然而，公式3至5帮助我们了解励磁电感如何影响到改变变压器尺寸和损耗的各项。其中B是磁通密度，φ是磁通量，Ae是(磁芯的)有效横截面积。其中µ0是真空磁导率，µr是相对磁导率，le是磁路长度，la是磁芯气隙长度，N是初级绕组的匝数，IM是励磁电流。其中AL是电感系数。从控制和调节的角度来看，为LM设立一个最小值也很重要。该值越低，控制环路运行速度就越快，而采集和控制硬件需要支持该工作速度。总而言之，在本项目中定义LM可接受范围的最重要因素包括：最大调节速度、对IM峰值电流的影响、对次级侧电流的影响(随着LM的减小而增加)和磁体结构的可行性(紧凑)。开关频率根据以往设计(例如11 kW LLC转换器)中积累的经验，选择100 kHz作为开关频率。[4]该值是在相对较高的开关频率(有助于减小磁体尺寸)和过高的开关频率(会产生过高的开关损耗)之间进行的权衡。 EEWORLDIMGTK13 相移法和几种选择出于仿真的目的，在互补桥之间使用固定占空比为50%的单相移。计划在实际控制实施级评估其他相移法(例如扩展相移、双相移和三相移)，作为改善系统性能的可能手段之一。 EEWORLDIMGTK14 磁通平衡磁通平衡技术旨在防止在变压器中由所谓的磁通走漏引起磁芯饱和。这种现象(又称磁通阶梯效应)的成因是，由于施加于变压器的(伏特 x 时间)净积不平衡，造成在每个开关周期中磁芯中剩余磁通的累积——在一个开关周期中它应该恰好为零。当乘积不为零时，所施加的电压波形不是纯交流的，而是含有直流偏置分量，该分量会引起剩余磁通。 (伏特 x 时间)乘积背后的不平衡可能非常细微，难以识别，例如单个半桥的占空比或RDSON本身。在小功率和中功率系统中，采用一个“隔直电容”，与初级或次级绕组串联，用来过滤直流偏置电流。在25 kW充电桩设计中，该电容的特性和要求会导致组件体积庞大或无法实现。电容值会落在几十微法的范围内，隔直电压在1000 V左右。然而，最具挑战性和限制性的则是IPRIM,RMS和 ISEC,RMS很高，预计会介于45 A和65 A之间。合适的解决方案需要大约15到20个陶瓷电容并联，鉴于多种原因，包括尺寸、成本、布局复杂性和系统可靠性，这不切实际。一种替代方案是采用电解电容或金属化聚丙烯电容，类似于在PFC级的直流链路中所使用的电容，但这会占用PCB上的大量空间，同时也会增加BOM成本。要实现实用、紧凑且有竞争力的设计，一种可行解决方案是防止磁通阶梯效应。这可采用多种实现方法，并且有大量讨论该主题的文献。本项目实施的解决方案是磁通平衡算法，该算法可控制和修改施加在变压器初级和次级绕组上的电压波(占空比)，以使其保持平衡，从而确保平均直流电流为零。测量初级和次级电流作为控制环路的输入，这需要额外测量变压器的初级和次级电流，而对于实际的转换器控制，仅检测输入和输出电流。另一方面，磁通平衡消除了电容需求，从而减小了尺寸和成本，并提高了系统效率。这些因素以及工程团队以前在实施这种技术方面的专业知识，都是此方法深受欢迎的主要原因。本系列文章的第五部分将提供有关实施磁通平衡控制技术的更多详细信息。 2 准备仿真除了讨论PFC级的开发之外，本系列文章的第三部分 [3]还提供了更广泛的概述，说明为什么仿真在电力电子设计中至关重要，以及在运行仿真之前要考虑的主要因素，例如目标、模型和输入参数。牢记这些因素将有助于成功的项目开发和执行。下面将介绍DAB-PS级电源仿真的关键信息。目标以验证系统的目标效率为主要目标，并由此帮助选择变压器和谐振电感的参数，在实现效率最大化的同时满足系统的其余要求。表3概述了主要目标。表3.仿真的主要目标摘要。仿真模型安森美半导体工程团队为DC-DC转换器开发的SPICE功率仿真模型如图2所示。与第三部分中介绍的三相 PFC级的电源仿真模型相比，它更简单，前者对三个半桥进行开关，需要同步交流电网电流和电压。在 DAB-PS转换器中，电源级使用四个半桥单元(与PFC 模型中使用的模块相同)。至于变压器和谐振电感，该模型包含：Lpri与Lsec的耦合比(K = 1)、Lm(励磁电感)、Ls(次级电感)、Lr(谐振电感)和等效串联电阻(适用于变压器和电感绕组)。须强调的是，变压器和电感的磁芯损耗并未包含在内。在这一级中，考虑这些因素的可行起点是估计该损耗与传导损耗近似。模型中的其他元件包括C_Pri和电压电流传感器(SPICE 格式)，用于测量初级和次级电流以实现磁通平衡。C_Pri代表在DAB-PS输入端使用的缓冲电容，并与直流链路并联。此类电容应靠近MOSFET放置，以抑制开关节点上出现的电压尖峰。在最终产品实现中，可能不需要这些电容，或者其规格要小得多，因为PFC的直流链路部分已经提供了滤波功能。然而，就本项目的目的而言，DAB-PS应作为一个独立系统正常工作，进行独立评估，因此该电容必不可少。如前所述，该控制模型采用了50%单相移工作的定制数字PWM模型。图2：DAB转换器的仿真模型。输入参数表4和表5概述了仿真输入参数。将使用n1/n2、LM和VSEC的替代值进行评估并最终确定最佳配置。其余参数在所有仿真中保持不变，根据我们工程团队在无源元件设计方面的专业知识、现有解决方案的基准和围绕该主题的文献，选择这些参数，以作为起点。表4.仿真输入参数。以蓝色突出显示的是在仿真中会发生变化的参数。表5.SPICE仿真的配置。 3 仿真结果本章节讨论仿真获得的结果。测试可分为两个主要评估，第一个评估围绕变压器匝数比n1/n2和效率，第二个评估围绕LM。测试结果将有助于实现前面提出的目标并回答关键的设计问题。请注意，除非另有说明，否则所有仿真均在“输入参数”部分中提供的数值下执行。变压器匝数比(n1/n2)评估效率和损耗仿真的第一个结果和最具代表性的结果如图3和4所示。根据不同的n1/n2配置，分别在800 V、666.7 V和571 V次级工作电压下提供峰值效率。在此值得注意的是，在340 V至830 V的VSEC工作电压范围内，所有评估的匝数比都可实现98%的峰值效率(但不包括电感和变压器的磁芯损耗)。然而，随着VSEC向低端(200 V)和高端(1000 V)移动，不同n1/n2比值之间的差异会变得更明显。实际VSEC值偏离最佳点越远，效率就越差(图3中曲线图的左右两端)。有趣的是，虽然增加n1/n2会显著增加VSEC > VSEC,OPTIM时的总功率损耗(图4的右端)，但减小n1/n2并不会对VSEC < VSEC,OPTIM时的功率损耗产生同等明显的影响(图4的左端)。尽管增加n1/n2比值会使VSEC < VSEC,OPTIM时的效率提高(图3左端)，但差异并不像VSEC > VSEC,OPTIM时那样显著(图3右端)。因此，似乎减小n1/n2比值可能会导致整体性能的提高，不过情况并非总是如此，这取决于在整个VSEC工作范围内要确保的最低效率。图3：随VSEC电压和变压器不同的n1/n2比值，DAB效率的变化。不包括谐振电感和变压器的磁芯损耗。VDC-LINK = 800 V，LM = 720 µH。图4：随VSEC电压和变压器不同的n1/n2比值，DAB 功率损耗的变化。不包括谐振电感和变压器的磁芯损耗。VDC-LINK = 800 V，LM = 720 µH。初级和次级电流低n1/n2比值也带来了缺点，通常需要找到一个最佳点。最突出的缺点是在低VSEC时IPRIM,PEAK和IPRIM,RMS较高(图5)，这意味着SiC MOSFET的导通电流较高。同时，增加n1/n2会导致在高VSEC下更高的ISEC,PEAK和ISEC,RMS(图6)。为避免磁饱和，需要在变压器设计中格外小心初级侧出现相对较高的峰值电流。图5：IPRIM,RMS和IPRIM,PEAK与变压器匝数比的函数关系(VDC-LINK = 800 V，LM = 720 µH)。图6：ISEC,RMS和ISEC,PEAK与次级侧电压和变压器匝数比的函数关系(VDC-LINK = 800 V，LM = 720 µH)。初级电压、次级电压和电感电压图7描述了变压器绕组上的电压。这些都是需要传递给变压器制造商的值，以供他们计算所需的隔离。图7：变压器两端子间VPRIM,PEAK和VSEC,PEAK电压与次级侧电压和变压器匝数比的函数关系(VDC-LINK = 800 V，LM = 720 µH)。同样，图8显示了谐振电感的电压，在这两种情况下，电压演变遵循类似的模式，两端子间的电压随着VSEC的增加而增加。在所有情况下，电压值都保持在1000 V以下，对于常用电感来说不会构成问题。图8：两端子间的谐振电感电压与次级侧电压和变压器匝数比的函数关系(VDC-LINK = 800 V，LM = 720 µH)。励磁电流变压器励磁电流(对于给定的LM)未因n1/n的变化在整个VSEC工作电压范围内显示出明显变化(图9)。图9：IM与次级侧电压和变压器匝数比的函数关系(VDC-LINK = 800 V，LM = 720 µH)。励磁电感(LM)评估本章节介绍不同励磁电感值对系统性能的影响。请注意，我们使用不同的励磁电感(720 μH、300 μH和150 μH)执行了三个仿真系列。在此分析中，已将变压器的n1/n2固定为1.2:1。在上一章节中，已经使用相对较高的Lm固定值(720 μH)，评估了匝数比(n1/n2)对效率和其他变量的影响。如图9所示，该选择导致最大IM,PEAK低于5 A，这似乎符合电源变压器设计中的常见经验法则，即将变压器设计为在IM,PEAK的值约为最大IPRIM,PEAK(图5中的82 Apeak)的5%至10%下工作。图10显示LM对效率的实际影响非常低，在非常高的 VSEC下仅表现出0.4%的差异。正如“DAB磁性元件设计指南”一节所述，励磁电感的实际值不是项目的关键要求，而是由磁性供应商选择，以便制造尽可能紧凑的变压器，同时满足其余要求。图10：VDC-LINK = 800 V，n1/n2 = 1.2:1时，DAB效率和功率损耗与次级侧电压和励磁电感的函数关系。不包括谐振电感和变压器的磁芯损耗。仿真得到的另一个启示是，在不同的LM值下，IPRIM,PEAK和IPRIM,RMS几乎保持不变(图11)。然而，次级侧的情况并非如此(图12)，在不同的LM值下，ISEC,PEAK和ISEC,RMS分别从91 Apeak跃升至109.6 Apeak、从49 Arms跃升至58.7 Arms。通过这一观察和进一步研究，我们可以了解励磁电感如何影响变压器尺寸。ISEC,RMS的平方增加了1.435倍(LM = 150 µH(58.7 Arms)相对于LM= 720 µH(49 Arms))，这可以解释为需要以相同的因子增加导线的横截面积(如果绕组损耗保持不变)。然而，n2(LM= 150 µH)减小为1/2.19，使用相同的绕组横截面积将使铜损耗降低为1/1.52。最重要的是，n1(初级匝数)也会减小，从而进一步降低了铜损耗。尽管如此，这种改进可能是以加大磁芯为代价。随着 LM的降低，IM,PEAK增加了4.8倍，从4.1 A(LM = 720 µH)增加到19.9 A (LM = 150 µH)，如图13所示，而n1(和 n2)仅减小为1/2.19(如上所述)。应用公式 3，乘积N · IM增加，磁通密度(B)随之增加，这会触发对更大磁芯(增加Ae横截面积)的需求，以便保持合理水平的磁通密度(B)。该示例说明了这几个元件的相关性，以及为什么通常要进行折衷。然而，找到变压器尺寸和LM之间的最佳点通常取决于磁性元件设计人员的技术和能力(如前所述)。图11：DAB IPRIM,PEAK和IPRIM,RMS变化与次级侧电压和励磁电感的函数关系(VDC-LINK = 800 V，n1/n2 = 1.2:1)。图12：DAB ISEC,PEAK和ISEC,RMS变化与次级侧电压和励磁电感的函数关系(VDC-LINK = 800 V，n1/n2 = 1.2:1)。图13：DAB IM,PEAK变化RMS与次级侧电压和励磁电感的函数关系(VDC-LINK = 800 V，n1/n2 = 1.2:1)。 4 结论和设计折衷上述章节所介绍的仿真用于验证DAB转换器的初始目标，并帮助制定设计决策，尤其是涉及变压器和谐振电感的设计决策。表6和表7显示了系统最终选择的参数值。这些值将传递给磁性元件制造商，供他们开发优化的磁性元件。已将变压器的匝数比n1/n2设置为1.2:1.0，因为此配置在整个工作范围内表现出最佳性能，在VSEC = 800 V 时表现出高峰值效率(99.4%)，在VSEC = 900 V时为 99%，而在接近低端(200 V)和高端(1000 V)处则仅表现出小幅效率下降(图3)，相比其他匝数比(1.4:1.0 和 1.0:1.0)性能更好。对LM的要求则更加灵活，额定范围大约从150 µH到300 µH。该值是DAB磁性元件设计指南中提及的多方面因素的折衷。在IM = 20 A(及以下)时，应确保最小LM值为150 µH，而范围高达300 µH则为磁性元件制造商留出了LM值的选取空间，以提供尽可能紧凑和高效的全面变压器设计。根据DAB磁性元件设计指南章节中提出的建议，选择10 µH作为谐振电感的估计值。最后不得不提的是，已提议将变压器和电感的等效串联电阻(ESR)值作为符合其他定义参数的最大合理估计值。不言而喻，实际磁性设计越能降低电阻值则越好。这属于磁性元件供应商可以增加价值的优化过程。表6.为变压器选择的设计参数。这些用于为变压器制造商指定变压器要求。表7.为谐振电感选择的设计参数。这些用于为变压器制造商指定电感要求。开发过程的下一步将是与磁性元件制造商分享要求，并接收磁性部件的设计建议。一旦获得了磁性元件的样品，就可以测量它们的实际参数，并使用SPICE模型中的改进参数运行新的仿真。在获得实际转换器硬件之前进行第二次分析，提供更准确的性能和损耗结果。例如，可以在仿真中添加磁芯损耗，因为磁性制造商通常会提供实际值。虽然下一篇系列文章中将讨论磁性参数，但实际测量的磁参数也将有助于增强控制模型，并有助于在拥有硬件之前推进控制算法和控制环路的开发。这有助于加速开发过程，因为使用高级模型可能会简化硬件的调试和调整工作。
2025-01-10
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本帖最后由火辣西米秀于 2025-1-10 08:44 编辑电池的充电和放电率由电池C速率控制。电池C额定值是电池充电和放电时的电流测量值。电池容量通常以1C额定值（1C电流）进行额定和标记，这意味着容量为10Ah的充满电的电池应该能够提供10安培电流，持续一小时。同样的10Ah电池以0.5C的C额定值放电将在两小时内提供5安培电流，如果以2C额定值放电，它将提供20安培电流，持续30分钟。了解电池的C额定值很重要，因为对于大多数电池而言，可用的存储能量取决于充电和放电电流的速度。电池C速率表下图显示了不同的电池C速率及其使用时间。重要的是要知道，尽管以不同的C速率放电电池应使用与相同能量相同的计算，但实际上可能会有一些内部能量损失。在较高的C速率下，部分能量可能会损失并转化为热量，这可能导致容量降低5%或更多。为了获得合理的容量读数，制造商通常将碱性电池和铅酸电池的额定放电速率设定为非常低的0.05C，即20小时放电。即使在这种缓慢的放电速率下，铅酸电池也很少能达到100%的容量，因为电池的额定值过高。如果放电速率高于规定值，制造商会提供容量补偿来调整差异。如何计算电池的C额定值电池的C额定值由充电或放电所需的时间率定义。可以增加或减少C额定值，因此这将影响电池充电或放电所需的时间。C额定值的充电或放电时间会根据额定值而变化。1C等于60分钟，0.5C等于120分钟，2C额定值等于30分钟，公式如下： t = time Cr = C Rate t = 1 / Cr（以小时为单位查看） t = 60 分钟 / Cr（以分钟为单位查看） 0.5C 速率示例 2300mAh电池 2300mAh/1000=2.3Ah 0.5C x 2.3Ah = 1.15 安培可用 1 / 0.5C = 2 小时 60 / 0.5C = 120 分钟 2C 速率示例 2300mAh电池 2300mAh/1000=2.3Ah 2C x 2.3Ah = 4.6 安培可用 1 / 2C = 0.5 小时 60 / 2C = 30 分钟 30C 速率示例 2300mAh电池 2300mAh/1000=2.3Ah 30C x 2.3Ah = 69 安培可用 60 / 30C = 2分钟可以使用以下公式根据电池的C额定值计算电池的输出电流、功率和能量。 Er = 额定能量 (Ah) Cr = C 率 I = 充电或放电电流 (安培) I = Cr * Er Cr = I / Er 如何计算电池的C额定值较小的电池通常额定为1C，也称为一小时充电率。例如，如果电池以一小时的速率标记为3000mAh，则1C额定值为3000mAh。通常会在电池标签和电池数据表上找到电池的C速率。不同的电池化学成分有时会显示不同的C率；例如，铅酸电池的额定放电速率通常非常低，通常为0.05C或20小时。电池的化学成分和设计将决定电池的最大C速率。例如，锂电池可以承受比碱性等其他化学物质高得多的放电C速率。如果在标签或数据表上找不到电池C额定值，我们建议直接联系电池制造商。需要高C速率的应用程序市场上越来越多的应用和设备需要高C速率电池。其中包括工业和消费应用，如遥控模型、无人机、机器人和汽车应急启动器。所有这些应用都需要在短时间内产生强大的能量爆发。大多数启动器可能需要高达 80C 的放电率，而在RC行业中，高放电率电池的放电率最高可达50C！市场上有些电池声称基于最大脉冲放电率具有更高的C速率，这要求电池在几秒钟内完全放电。然而，大多数应用不需要如此高的C速率。
2025-01-08
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本帖最后由火辣西米秀于 2025-1-9 08:35 编辑电池管理系统的主要任务是保证电池组工作在安全区间内，提供车辆控制所需的必需信息，在出现异常时及时响应处理，并根据环境温度、电池状态及车辆需求等决定电池的充放电功率等。BMS的主要功能有电池参数监测、电池状态估计、在线故障诊断、充电控制、自动均衡、热管理等。电池的热相关问题是决定其使用性能、安全性、寿命及使用成本的关键因素。首先，锂离子电池的温度水平直接影响其使用中的能量与功率性能。温度较低时，电池的可用容量将迅速发生衰减，在过低温度下（如低于0°C）对电池进行充电，则可能引发瞬间的电压过充现象，造成内部析锂并进而引发短路。其次，锂离子电池的热相关问题直接影响电池的安全性。生产制造环节的缺陷或使用过程中的不当操作等可能造成电池局部过热，并进而引起连锁放热反应，最终造成冒烟、起火甚至爆炸等严重的热失控事件，威胁到车辆驾乘人员的生命安全。另外，锂离子电池的工作或存放温度影响其使用寿命。电池的适宜温度约在10~30°C之间，过高或过低的温度都将引起电池寿命的较快衰减。动力电池的大型化使得其表面积与体积之比相对减小，电池内部热量不易散出，更可能出现内部温度不均、局部温升过高等问题，从而进一步加速电池衰减，缩短电池寿命，增加用户的总拥有成本。电池热管理系统是应对电池的热相关问题，保证动力电池使用性能、安全性和寿命的关键技术之一。热管理系统的主要功能包括： 1、在电池温度较高时进行有效散热，防止产生热失控事故； 2、在电池温度较低时进行预热，提升电池温度，确保低温下的充电、放电性能和安全性； 3、减小电池组内的温度差异，抑制局部热区的形成，防止高温位置处电池过快衰减，降低电池组整体寿命。电池包（PACK）内的温度环境对电芯的可靠性、寿命及性能都有很大的影响，因此，使PACK内温度维持的一定的温度范围区间内就显示尤其重要。这主要是通过冷却与加热来实现，其冷却方式主要分为三类： 1、风冷：风冷是以低温空气为介质，利用热的对流，降低电池温度的一种散热方式，分为自然冷却和强制冷却(利用风机等)。该技术利用自然风或风机，配合汽车自带的蒸发器为电池降温，系统结构简单、便于维护，在早期的电动乘用车应用广泛，如日产聆风（Nissan Leaf）、起亚Soul EV等，在目前的电动巴士、电动物流车中也被广泛采纳。 2、液冷：液体冷却技术通过液体对流换热，将电池产生的热量带走，降低电池温度。液体介质的换热系数高、热容量大、冷却速度快，对降低最高温度、提升电池组温度场一致性的效果显著，同时，热管理系统的体积也相对较小。液冷系统形式较为灵活: 可将电池单体或模块沉浸在液体中，也可在电池模块间设置冷却通道，或在电池底部采用冷却板。电池与液体直接接触时，液体必须保证绝缘( 如矿物油) ，避免短路。同时，对液冷系统的气密性要求也较高。此外，就是机械强度，耐振动性，以及寿命要求。液冷是目前许多电动乘用车的优选方案，国内外的典型产品如宝马i3、特斯拉、通用沃蓝达、吉利帝豪EV。 3、直冷：直冷(制冷剂直接冷却)：利用制冷剂(R134a等)蒸发潜热的原理，在整车或电池系统中建立空调系统，将空调系统的蒸发器安装在电池系统中，制冷剂在蒸发器中蒸发并快速高效地将电池系统的热量带走，从完成对电池系统冷却的作业。目前通过直冷的冷却方式基本在电动乘用车上，最典型的如BMW i3(i3有液冷、直冷两种冷却方案)。
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一、动力蓄电池管理系统简介由于动力电池能量和端电压的限制，电动汽车需要采用多块电池进行串、并联组合，但是由于动力电池特性的非线性和时变性，以及复杂的使用条件和苛刻的使用环境，在电动汽车使用过程中，要使动力电池工作在合理的电压、电流、温度范围内，电动汽车上动力电池的使用都需要进行有效管理，对于镍氢电池和锉离子电池，有效的管理尤其需要，如果管理不善，不仅可能会显著缩短动力电池的使用寿命，还可能引起着火等严重安全事故，因此，动力电池管理系统成为电动汽车的必备装置。二、动力电池管理系统的主要功能如图4-15所示，常见动力电池管理系统的功能主要包括数据采集、数据显示、状态估计、热管理、数据通讯、安全管理、能量管理（包括动力电池电量均衡功能）和故障诊断，其中前6项为动力电池管理系统的基本功能。三、动力电池管理系统的组成及工作模式图4-17所示为两种典型的动力电池管理系统方案。如图4-18所示，高压接触器包括B+接触器、B-接触器、预充接触器、直流转换器（用于向低压电池及车载低压设备供电）接触器及车载充电器接触器。动力电池管理系统可工作于下电模式、准备模式、放电模式、充电模式和故障处理模式等5种工作模式下。公众号动力电池BMS ①下电模式。②准备模式。③放电模式。④充电模式。⑤故障模式。四、动力电池组的均衡充电管理和热管理 1、动力电池组均衡充电管理动力电池组均衡充电具有以下3种方式: ①充电结束后实现单体电池间的自动均衡，工作原理如图4-19所示。 ②充电过程中实现单体电池间的自动均衡，主要有3种方案，如图4-20所示。 ③采用辅助管理装置，对单个电池的电流进行调整。如图4-21所示。 2. 动力电池组的热管理 ①气体冷却法。图4-22所示为几种典型的气体冷却方式。 ②液体冷却法。图4-23所示为一种典型的液体冷却系统的构成。 ③相变材料冷却法。 ④热管冷却法。 ⑤带加热的热管理系统。
2025-01-07
发表了主题帖：电动汽车上的DC/DC详解

本帖最后由火辣西米秀于 2025-1-7 08:51 编辑电动汽车（EV）上安装了大型高电压的锂离子电池和发动机车辆上也使用的低电压铅酸电池。两种电池都需要充电，锂离子电池需要在充电站上充电，铅酸电池需要从锂离子电池充电。此时，将一定的直流电转换为不同直流电的设备就是DC/DC转换器。我们将就DC/DC转换器的功能和系统构成进行解说。什么是DC/DC转换器？ DC/DC转换器的概要 EV的所有设备都依靠电来工作。行车用马达等依靠大型/高电压的锂离子电池的电力来工作，其他大量车载设备（ECU、摄像头、车灯等）依靠低电压的铅酸电池的电力来工作。铅酸电池如果不充电就会没电，所以需要从锂离子电池充电。其中将高电压直流电转换为低电压直流电的设备就是DC/DC转换器。通过转换为低电压，EV的各种车载设备就能在适当的电压下工作。高电压和低电压的区别使用 - 高电压的用途为了使行车用马达工作，需要高电压。因为马达需要大功率，如果试图让它在低电压下工作则会产生大电流，并导致电路内的损耗增加，转换效率变差。为了提高效率，需要使用高电压（400V以上）来抑制电流。 - 低电压的用途低电压用于与行车马达相关的设备以外的设备（车内的各种设备和前灯等）。此外，即使是高电压的设备，其内部的控制电路也在低电压下工作。因此，从高电压转换为低电压的DC/DC转换器是必不可少的。为什么低电压是12V 早期的汽车以手动方式启动发动机，后来开发出了利用起动马达启动的机构。为了驱动该起动马达，安装了铅酸电池。现在，轿车上使用的是由6个铅酸电池单体组合而成的12V的电池组（各电池单体约为2.1V）。但是，卡车上发动机的起动马达采用了大型马达，因此通常使用24V的电池组（12V电池×2个）。关于市场和设备的趋势今后，随着EV车辆数量的增加，DC/DC转换器的数量也将增加。而且，由于各种设备的电动化，也需要支持高功率化。另外，对于DC/DC转换器还进一步提出了高输出化和小型化的要求。为实现这个目标，电子零部件具备高电压（高耐电压）、大电流、低损耗、高耐热性、小型化、高精度等性能就显得尤为重要。关于DC/DC转换器的电路构成总体构成 - 电压检测（输入侧）：测量来自锂离子电池的输入电压 - 噪声滤波器（输入侧）：使用电容器和线圈去除噪声 - 电压转换电路：通过藉由绝缘型变压器和FET等的开关来转换电压 - 噪声滤波器（输出侧）：使用电容器和线圈来去除噪声 - 电压检测（输出侧）：测量输出电压 - 控制电路：控制转换电路等 - DC/DC转换器：向控制电路供给电源 - 通信电路：与外部的通信电路图１ DC/DC转换器的总体构成个别电路及构成零部件电压测量（输入/输出）在电压测量的电路中，为了控制电压转换电路，测量输入和输出的电压。测量时通常将多个电阻器连接起来以测量电阻器两端的电压。噪声滤波器（输入/输出）在噪声滤波器电路中，抑制来自外部或来自该电路的噪声，以防止电路误工作。滤波器组合使用大型电感器以及薄膜电容器或导电性聚合物混合铝电解电容器。电压转换电路在电压转换电路中，通过使用开关元件和变压器等的开关来进行电压的转换。通过令开关元件On/Off来执行转换操作，但由于元件On/Off时会产生噪声，因此通常在元件栅极端子上使用电阻器来抑制噪声。 DC/DC转换器在DC/DC转换器电路中，为了去除输入部的噪声和使得输出部平滑，通常使用导电性聚合物混合铝电解电容器，为了进行电压转换，通常使用车载用功率电感器。通信 I/F 在通信I/F（通信）电路中，使用两根线与外部设备（CAN、Ethernet等）进行通信。此时，如果噪声或静电从通信线混入，则可能会导致收发器IC故障。因此，收发器电路中作为静电预防措施使用片式压敏电阻器。小结 EV上，马达以外的大多数车载设备都是在比车辆主电源电压低得多的电压下工作的。其中将锂离子电池输出的高电压直流电转换为低电压直流电的设备就是DC/DC转换器。今后，随着EV的增加，DC/DC转换器的安装数量也会增加。此外，随着各种设备的电动化和高功率化，还需要追求DC/DC转换器的高输出化。今后，人们将会对车载电子零部件提出高电压（高耐电压）、大电流、低损耗、高耐热、小型化等更高的性能要求。
2025-01-05
发表了主题帖：一图读懂充电桩3C认证管理

本帖最后由火辣西米秀于 2025-1-6 08:19 编辑
2025-01-03
发表了主题帖：开发基于碳化硅的25 kW快速直流充电桩：方案概述

本帖最后由火辣西米秀于 2025-1-3 08:20 编辑作者：安森美 Karol Rendek, Stefan Kosterec, Dionisis Voglitsis and Rachit Kumar 在本系列文章的第一部分中，[1]我们介绍了电动车快速充电器的主要系统要求，概述了这种充电器开发过程的关键级，并了解到安森美(onsemi)的应用工程师团队正在开发所述的充电器。现在，在第二部分中，我们将更深入研究设计的要点，并介绍更多细节。特别是，我们将回顾可能的拓扑结构，探讨其优点和权衡，并了解系统的骨干，包括一个半桥SiC MOSFET模块。正如我们所了解的，电动车快速充电器通常含一个三相有源整流前端处理来自电网的AC-DC转换并应用功率因数校正(PFC)，后接一个DC-DC级提供隔离并使输出电压适应电动车电池的需要(图1)。图1. 一个含多个功率级的大功率快速直流充电器(左)。电动车快速直流充电系统的高级架构(右)。鉴于所提出的具挑战的要求和当前的市场趋势，系统工程团队考虑了几个替代方案来实现这两个转换级。最后，结论是在AC-DC级利用6开关有源整流器，在依赖移相调制的DC-DC级利用双有源桥(DAB)。这两种架构都支持双向功能，并有助受益于1200-V SiC模块技术，1200-V SiC模块技术是快速和超快直流充电器的基石。接下来，我们将深入研究这两个主要的功率级。有源整流升压级(PFC) 3相6开关有源整流级有助于实现0.99的功率因数和低于7%的总谐波失真，这些都是商用直流充电器系统的常见要求。与T-NPC或I-NPC等3级PFC拓扑结构相比，它提供了一个高效的双向方案，而且元件数量少。总的来说，这种两级架构在实现系统要求的同时，也带来了更胜一筹的性价比。[2] 直流链路将在800 V的高电压下运行，以减少峰值电流，从而最大化能效和功率密度(图2)。为此，两级架构需要1200 V的VBD功率开关。系统的开关频率被设定为70 kHz，以保持二次谐波低于150 kHz，这使传导辐射得到控制，并促进符合EN 55011 A类(欧盟)和FCC Part 15 A类(美国)规范(适用于连接到交流电网的系统)。其中，这些规范对注入电网的传导辐射程度设定了限值。这种方法简化了EMI滤波器的复杂性，使现成的方案成为适用的理想方案，从而达到本项目的目的。图2. 三相6开关拓扑结构，带有功率因数校正(PFC) 的有源整流级，也被称为PFC级。双有源全桥(DC-DC) DAB的DC-DC级将含两个全桥、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)(图3)。在单变压器结构中实现该转换器有利于双向运行。此外，具有单变压器的转换器的对称性有助于最大化功率开关的ZVS的工作范围，从而实现高能效。这解决了该项目面临的一个重大挑战，最大化宽输出电压范围(200 V至1000 V)的能效，使DC-DC的峰值目标能效达98%。该转换器的工作频率为100 kHz，这是个折衷方案，以将开关损耗以及将磁性元件的磁芯和交流损耗保持在合理的水平。此外，该系统将在变压器上运行磁通平衡控制，这种技术省去了在DAB移相结构中与变压器一起工作所需的笨重的串联电容器。在这快速充电器转换器中，给定50 A的高均方根(RMS)工作电流、几百伏的必要额定电压和十分之几微法的估计电容值，这种电容将在严格的要求下运行。以目前的现有技术，所有这些要求将导致一个大尺寸的电容器。因此，磁通平衡控制策略有助于减小系统的尺寸、重量和成本。总的来说，DAB DC-DC转换器为电动车快速充电器提供了一个全方位考虑的方案，它正在成为这新的快速充电器市场的一个典型方案。这种拓扑结构可以利用移相调制，在宽输出电压范围提供高功率和能效。此外，开发人员可充分利用他们对传统全桥移相ZVS转换器的专知，因为这两种系统之间有相似之处。另一种方案是CLLC谐振转换器，这是一种频率调制拓扑结构，在有限的输出电压范围内运行时，通常提供最高的转换器峰值能效。这种转换器是对LLC的改版，允许双向工作。然而，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可能会变得很麻烦，需要结合频率调制和脉冲宽度调制。图3. 双有源桥(DAB)DC-DC级。该系统含有两个全桥，中间有一个隔离变压器。工作电压和功率模块 AC-DC和DC-DC级之间的直流链路将在高压(800 V)下运行，以减少电流值，从而最大化能效和功率密度。输出电压将在200 V至1000 V之间摆动(如前所述)。由于转换器是基于两级拓扑结构，因此需要1200-V的击穿电压开关才能在这样的电压水平上运行。 NXH010P120MNF1半桥SiC模块(图4)含1200 V、10 mΩ SiC MOSFET，是PFC级和DC-DC转换器的骨干。该模块具有超低RDS(ON)，大大降低了导通损耗，且最小化的寄生电感降低开关损耗(与分立替代器件相比)。图4. NXH010P120MNF1 SiC模块采用2-PACK 半桥拓扑结构和1200-V、10-mΩ SiC MOSFET，用于实现AC-DC和DC-DC转换器。功率模块封装的卓越导热性提高了功率密度(相对于分立SiC器件)，减少了冷却需求，并实现了小占位和强固的方案。SiC模块成为一个重要元素，可在紧凑型和轻型系统的AC-DC和DC-DC级中分别实现>98%的能效。此外，模块赋能磁性元件缩减尺寸，适用于更高开关频率，而减少的冷却基础架构要求有利于降低整个系统的每瓦成本。在25千瓦的电动车直流充电桩功率级中，在SiC模块上使用基于风扇的主动冷却，应足以有效地减少系统中的损耗。电容器和磁性元件的选择旨在最大限度地减少其冷却要求，同时满足技术规范。控制模式和策略数字控制将运行系统，依靠强大的通用控制板(UCB)，[3]它采用Zynq-7000 SoC FPGA和基于ARM的芯片。这样一个多功能的控制单元有助于测试和轻松运行数字领域的多种控制方法——如单相移位、扩相移位和双相移位，以及DAB变压器上的磁通平衡——并处理所有板载和外部通信。将使用两个UCB单元，一个用于PFC级，另一个用于DC-DC。驱动器门极驱动器对整个系统的性能和能效也至关重要。为了充分利用SiC技术，必须高效地驱动SiC MOSFET并确保快速转换。与硅基器件不同，SiC MOSFET通常工作在线性区域(而不是饱和状态)。在选择适当的VGS时需要考虑的一个重要方面是，与硅基器件不同，当VGS增加时，即使在相对较高的电压下，SiC MOSFET也仍会表现出RDS(ON)的显著改善。[4] 为了确保最低的RDS(ON)，并大大减少导通损耗，建议导通时使用+20 V的VGS。对于关断，建议使用-5 V，这样可以减少“关断”过渡期间的损耗，并提高鲁棒性，防止意外导通。此外，高驱动电流是必要的，以实现适合SiC MOSFET的高dV/dt，这也有助于最小化开关损耗。考虑到这一点，PFC和dc-dc级选用NCD57000 5-kV电隔离大电流驱动器。该单通道芯片确保了快速开关转换，源/汲电流+4-A和-6-A，并耐用，显示出高共模瞬态抗扰度(CMTI)。由于采用了分立式输出，导通和关断的门极电阻是独立的(图5)，允许单独优化导通和关断的dV/dt值并减少损耗。图5. 带有DESAT保护和分立输出的隔离门极驱动器的简化应用原理图。此外，片上的DESAT功能对于确保SiC晶体管所需的快速过流保护非常有利，其特点是短路耐受时间比IGBT更短。下桥驱动系统将复制上桥驱动系统，这是用于快速开关系统的高功率应用中经验证的好的做法。隔离和电路的对称性(上桥和下桥)有助于防止来自不同来源的问题(EMI、噪声、瞬态等)，从而实现一个更强固的系统。+20-V和-5-V隔离偏置电源将由SECO-LVDCDC3064-SiC-GEVB提供，具有工业标准的引脚布局。关键物料单表1概述了将用于设计的关键半导体元件和功能块。表1. 25-kW电动车直流充电桩中采用的关键半导体元器件整合一切图6显示了上面介绍的所有系统器件如何在实际设计中组合在一起以提供一个完整的方案。图7让您很好地了解实际硬件的外观。 PFC级位于DC-DC级的顶部，形成了一个紧凑而全面的结构。这些模块的整体尺寸加起来最大为380×345×(200至270)毫米(长×宽×高)，高度随封装的电感器件而异。最终，这些25千瓦的单元可以堆叠在一起，在一个超快速的电动车直流充电桩中实现更高的功率水平。后续部分简介在本系列文章的后续部分，我们将进一步详细讨论三相PFC级和DAB移相转换器的开发，包括仿真和其他系统考量。最后将展示测试结果。图6. 25 kW电动车直流充电桩的高级框图图7. 实际PFC(左)和dc-dc(右)级的3D模型。 SiC模块位于每个散热器下面。在这些模型中，可以看到门极驱动电源、通用控制器板(UCB)和无源块。参考文献 1. “Developing A 25-kW SiC-Based Fast DC Charger (Part 1): The EV Application” by Oriol Filló, Karol Rendek, Stefan Kosterec, Daniel Pruna, Dionisis Voglitsis, Rachit Kumar and Ali Husain, How2Power Today, April 2021. 2. “Demystifying Three-Phase PFC Topologies” by Didier Balocco, How2Power Today, February 2021. 3. SECO-TE0716-GEVB product page. 4. ON Semiconductor Gen 1 1200 V SiC MOSFETs & Modules: Characteristics and Driving Recommendations,” application note AND90103/D. 5. NXH010P120MNF1: SiC Module product page. 6. NCD57000 product page. 7. SECO-LVDCDC3064-SIC-GEVB product page. 8. NCD98011 product page. 9. NCID9211 product page. 10. NCS21xR product page. 11. SECO-HVDCDC1362-15W15V-GEVB product page.
2025-01-02
发表了主题帖：碳化硅器件在双向车载充电(OBC)中的应用

本帖最后由火辣西米秀于 2025-1-2 09:16 编辑双向车载充电(OBC)应用碳化硅器件在双向OBC中的应用随着新能源汽车的而高速发展，智能化、轻量化、集成化将是电动汽车发展的趋势，OBC直接决定了新能源汽车的安全性和稳定性，它的功率密度直接影响整车的质量、续航里程、充电时间等。碳化硅作为第三代半导体具有耐高温、耐高压、高频率、抗辐射等优异性能采用碳化硅功率器件可使电动汽车或混合动力汽车功率转化能耗损失降低20%，在OBC产品上使用碳化硅功率器件对于提升OBC产品效率、功率密度和质量密度上发挥着重要作用。一、双向车载充电（OBC）双向车载充电器（OBC）是安装在电动汽车上的一种充电设备，它能够实现电能在电动汽车与电网之间的双向流动。双向OBC的这一特性，使其不仅能满足电动汽车的充电需求，还能够在电网高峰期向电网输送电能，或在家庭需要时提供电能，从而增加了能源的灵活性和效率。双向OBC通过这种方式实现电能的双向流动，既提高了能源的使用效率，也为电动汽车用户提供了更多灵活性，如能够在电网需求高峰期间卖电赚钱或在紧急情况下作为家庭电源使用。此外，它也对电网的稳定和可再生能源的集成起到了积极的作用。 2.双向车载充电（OBC）工作原理双向车载充电器（OBC）的工作原理涉及到两个核心功能：从电网向电动车充电（AC到DC的转换），以及将电动车的电量反向输送回电网或其他系统（DC到AC的转换）。从电网向电动车充电（AC到DC） ①接收交流电（AC）：当车辆接入交流电源，如家庭电源或公共充电站，双向OBC首先接收这个交流电。 ②AC-DC转换：交流电进入OBC后，经过一个AC-DC转换器。这个转换器通常包含一个整流器，能够将交流电转换为直流电。 ③电池充电：转换后的直流电随后被用来为电动车的电池充电。将电动车的电量反向输送回电网（DC到AC） ①使用直流电（DC）：在反向模式下，OBC使用电动汽车的电池中存储的直流电。 ②DC-AC转换：这些直流电被送入一个DC-AC逆变器，这个逆变器将直流电转换成交流电。 ③反馈到电网或家庭用电：转换后的交流电可以被输送回电网，或者用于家庭或办公设施中的各种应用，例如在电网高峰期向电网提供电能或在家庭突发电力需求时供电。二、应用拓扑图 Totem Pole PFC （图腾极功率因数校正器）：是一种用于电力电子的高效功率因数校正（PFC）技术。功率因数校正是一种提高电力系统效率的方法，它减少无功功率的产生，从而提高电能的利用效率。在Totem Pole PFC配置中，特别的设计使得它与传统的PFC电路相比，具有更高的效率和性能。其主要特点是高效率、低谐波失真、简化的电路设计、适用于高功率应用以及与新型半导体技术相容等。Totem Pole PFC提供了一种高效和经济的方式来提高电源设备的功率因数和整体效率，特别适用于要求高效能和节能的现代电源解决方案。 Bi-Directional DC/DC （双向直流/直流转换器)：是一种电力转换设备，它能够在两个直流电压电平之间实现能量的双向转换。这意味着它既可以将电能从一个直流电压电平上升或下降到另一个电平，也能反向进行相同的操作。双向DC/DC转换器的关键特点有能双向操作，能够在增压（升压）和降压模式之间进行切换。同时具有高效率，现代双向DC/DC转换器通常采用高效的开关技术。应用于电动汽车（EV）、可再生能源系统、储能系统、工业应用等双向DC/DC转换器通过提供灵活的电能管理，为能源效率和智能电网集成提供了重要的技术支持。 1.碳化硅二器件在双向OBC中的应用优势 ① 提高效率低开关损耗：碳化硅器件在高频开关时的损耗远低于传统硅器件，这意味着在转换电能时的效率更高，特别是在高频应用中。低导通损耗：碳化硅器件的导通电阻比传统硅器件小，进一步提高了效率。 ② 降低能耗和热管理要求优异的热性能：碳化硅器件在高温下的性能损耗小于传统硅器件，从而降低了冷却系统的复杂性和成本。减少能量损失：效率的提高直接减少了能量损失，使得充电过程中的能量转换更加高效。 ③增强系统可靠性高温稳定性：碳化硅器件在高温环境下表现出更好的稳定性，增加了系统的可靠性和寿命。耐高电压性能：碳化硅器件能够承受更高的电压，提供了更好的安全性。 ④支持高性能的系统设计小型化设计：由于碳化硅器件允许更高频率的操作，它使得变压器和其他电磁元件能够更小型化，减少了整个系统的体积和重量。灵活的系统集成：这些特性使得双向OBC设计更加灵活，有助于在电动车辆中更有效地集成。高效率：由于低的开关损耗和导通损耗，提高了整体效率。高频运行：可以在更高的频率下运行，有利于减小器件尺寸，降低成本和重量。高温稳定性：在更高的温度下工作时，性能稳定，这意味着对冷却系统的要求更低。长期耐用性：提高整个系统的可靠性和寿命。 2.碳化硅器件大幅提升电动汽车性能碳化硅器件管具有较高的耐压和耐热性能，相比传统器件，在双向车载充电（OBC）中的应用能提高单向车载充电器的可靠性和寿命，更能够提高充电效率、减少能量损失、减少开关损耗、降低体积和重量、提高可靠性和寿命，从而提高电动汽车的性能和使用体验。
2024-12-25
发表了主题帖：充电桩方案浅析

本帖最后由火辣西米秀于 2024-12-25 08:33 编辑常见充电桩有直流充电桩、交流充电桩、交直流充电桩等。涉及到的芯片或零组件包括充电模块、显示模块、线缆、主控板及元器件、接触器、断路器、继电器、外壳、插头插座等。 1、充电桩成本构成：充电模块（30kW单个约2000元）、充电枪线（5米约5000元）、主控板（约1500元）、显示模块+通讯模块+壳体+线束+继电器（整体300元/kW，售价400元/kW）； 2、800V高压充电桩相对于400V升级：单800V升压内部结构不升级；高功率高电流要做分体机，耐高压高电流线束继电器、软件系统升级，若用液冷成本翻倍。充电桩方案及零部件，网上信息偏少。我们照旧从零部件组成做简单剖析。图1 盛弘交流充电桩SEA220/32-H（图源：充电头）品牌型号描述兆易创新(GIGADEVICE) - 主控芯片中汇瑞德(CHUROD) CHS01-S-112LA T型40A大电流继电器良信(NADER) NDB1LE-40C40 漏电保护开关断路器漏电AC 30mA 1P+N 6A 新巨(ZIPPY) DFW-05 5RA 5A微动开关，配合机械结构检测充电枪插入是否到位宏发(HONGFA) HF49FD/012-1H11 5A/12VDC功率继电器光宝(LITE-ON) LTV-816-C 光耦 - - 隔离供电模块湖南艾华(AISHI) - 16V 1000μF电容湖南艾华(AISHI) - 400V 33μF高压滤波电解电容红宝石(RUBYCON) - 50V 10μF供电电容 - CR2032 3V纽扣电池 - - 隔离通讯芯片 - - 网口 - - 隔离供电模块 - - USB-A母座 - U25.000 25.000MHz贴片晶振 - SCK154 NTC浪涌抑制电阻 - - 压敏电阻，进行过压保护 - - 变压器 - - 共模电感 - - 2.5A 250V延时保险丝 - - 阻容感、LED、连接器、充电急停按钮、接口、结构件和紧固件等等表1 盛弘交流充电桩SEA220/32-H部分物料另一方面，我们看看充电桩的电源管理芯片品牌有哪些？德州仪器（TI）： TI 的电源管理集成电路 (IC) 覆盖范围从标准 IC 到集成解决方案，包括电源模块、数字电源、电池管理和高性能的 MOSFET 和门极驱动器。TI 的产品选择范围非常广泛，从隔离式 AC/DC 和 DC/DC 电源控制器和非隔离式电压稳压器（如开关 DC/DC 转换器和线性稳压器）直到 PMIC 和 LED 驱动器和显示解决方案。TI 广泛的电源管理产品系列、设计工具和支持资源可以帮助您构建创新、高效、价格实惠的解决方案，让您更快地进入市场. 意法半导体（ST）：作为世界领先的集成式与分立式电源转换半导体供应商之一，意法半导体的电源管理器件可以提供节能、大功率密度和低待机功率设计解决方案。产品包括高集成度AC-DC转换器、开关DC-DC转换器、线性稳压器、电池管理IC、LED驱动器、光电IC、MOSFET和IGBT驱动器、电机驱动器等。这些集成式解决方案缩短了设计周期，并且意法半导体的eDesignSuite让您能够迅速选择最符合您的电源管理设计要求的配置并对其进行仿真，从而加快了面市步伐。罗姆（ROHM）： ROHM的电源管理IC包括线性调节器、开关调节器、电源管理开关IC、系统电源等多个品种。ROHM的电源管理开关IC系列产品把低导通电阻MOS FET开关和各种保护电路内置于单芯片中。可以在小型化的同时，实现损失较少、效率较高的电力供给和更加安全而稳定的系统设计。最适合于配备USB接口、存储卡、各种扩充模块等的PC、数字信息设备的电源管理。安森美（ON）：安森美半导体为内部和外部电源应用提供交流-直流(ac-dc)控制器和稳压器，直流-直流(dc-dc)控制器、转换器和稳压器，电压和电流管理，二极管和整流器以及MOSFET。安森美半导体提供的产品和方案在从交流电到负载的转换的每一个电源链环节提升电源工作效率、降低待机能耗及提供功率因数校正。仙童（Fairchild）： Fairchild 提供涵盖高、中和低功率范围的全系列功率半导体器件，是功率半导体的领导者和专家。提供最广泛和最具深度的功率产品组合，产品在电源、照明、计算、移动、汽车、工业电源、便携式医疗和家用设备等几乎每个功耗敏感型应用中都能实现最大程度的节能。Fairchild 解决方案能在提升能效的同时简化系统设计、节省电路板空间、提高系统可靠性并加快上市时间。英飞凌（Infineon）： Infineon为开关电源(SMPS)应用提供丰富的高端产品组合，例如服务器电源、通信电源、不间断电源、PC电源、充电器电源、适配器、笔记本电脑电源和TV电源。既然是充电桩，充电模块是核心，技术路线也有不同：图1 常见充电模块技术路径（图源：21电源） 1、前级PFC的拓扑方式：（1）三相三线制三电平VIENNA；（2）两路交错并联三相三线制三电平VIENNA；（3）单相交错式三相三线制三电平VIENNA。 2、后级DC-DC的拓扑方式：（1）两组交错式串联二电平全桥LLC；（2）两组交错式并联二电平全桥LLC；（3）三电平全桥移相ZVS；（4）三相交错式LLC；（5）三电平全桥LLC；（6）两组交错式串联二电平全桥移相ZVZCS；（7）两组交错式并联二电平全桥移相ZVZCS。涉及的技术和内容比较复杂，我就不展讲。对工程师来讲，各类主控方案、电源技术、安全方案，还有采购渠道、成本和技术支持等多方面对比考量，充分调研方能选到适合自己的方案。
2024-12-24
发表了主题帖： MCU在充电桩与数字电源应用中的实战案例

本帖最后由火辣西米秀于 2024-12-24 08:31 编辑在充电桩的应用中，MCU通过调节充电桩的输出，确保电流和电压保持在合理的范围内，从而有效提升充电效率和安全性。如果在充电过程中出现电池温度异常或电流过大的情况，系统会立即停止充电，并通过显示屏和声音警报通知用户。一款高性能MCU集成了3.6 MS/s的采样率和12至16位分辨率的ADC，实现了更快的电流和电压采样。此外，它还具备150 ps分辨率的PWM，能够满足第三代半导体更高的开关频率要求，从而实现高动态性能的充电桩方案，显著提高效率并减小体积。复杂的多电平拓扑结构也是提高充电桩充电效率的关键因素。NPC和ANPC拓扑是双向PFC/逆变器中最常用的两种拓扑，它们可以将开关设备上的电压应力限制为总线电压的一半。然而，这些拓扑需要更多的PWM通道，并且需要一种特殊的保护机制来维持停机期间电源开关两端的电压平衡，这就需要使用更高性能的MCU来实现。某款MCU配备了独特的可配置逻辑块（CLB），可以在不使用外部逻辑电路的情况下，实现实时故障保护功能，确保在所有工作条件下都能提供实时保护，其灵活性类似于FPGA/CPLD。意法半导体STM32G474、极海APM32F411等MCU，以高精度PWM控制，可靠的抗电磁干扰特性，在储能、光伏逆变、充电桩等场景中有所应用，以下分享一些已量产的案例及其技术实现方式，以作参考。 STM32G474RET6/三相双向充电桩电源方案该方案为基于STM32G474RET6开发的15KW三相双向充电桩电源方案，该方案可同时实现AC/DC和DC/AC的双向转换，直流电压为800Vdc，交流电压为400Vac@50Hz，功率可达15KW，转换效率高达99%，并且其能够采用软启动，这可以有效抑制浪涌电流。方案优势：三相维也纳，可以实现AC/DC DC/AC双相逆变，主要用于大功率充电桩等前级应用； ST新一代数字电源控制芯片STM32G474，实现纯数字控制，灵活配置；方案尺寸小，频率高达100KHz；控制芯片可以输出12路高精度PWM，频率可以配置2-3级拓扑。 ST STM32G474RET6采用Arm Cortex-M4内核，主频高达170MHz，支持浮点运算、数学加速器和高精度定时器，该定时器可以同时发出12路PWM任意波，精度高达184ps，同时该芯片集成4个OP，多路UART，I2C，DAC控制，能够实现实时过流和过压保护。 APM32F411 MCU/EV交流充电桩方案面向EV交流充电桩市场需求，极海采用基于Cortex-M4F内核的高适配型APM32F411系列MCU实现应用。该芯片具有高速运算能力，可满足系统精确的电源管理与充电控制需求；具备多种工作模式，实现灵活的充电桩运行控制；拥有丰富的高精度外设资源，以实现对系统参数的高精度监控，并简化系统设计。凭借APM32F411系列MCU优秀的产品特性，可满足市场对充电桩应用在功耗、性能、性价比等方面的综合需求。 APM32F411 EV交流充电桩方案特点该方案主要应用于6.6KW交流智能家桩/小区共享桩/商业停车场/企事业单位停车/汽车租赁/运营商停车等场合，主要特点：高效可靠充电管理 ■ 交流充电功能，支持单枪充电（可扩展到双充14KW），最大6.6KW充电 ■ 过流、短路、过压、欠压、漏电、防雷击、充电、联机中断保护功能，板载隔离器件、保险丝、漏电保护器，保障器件安全及系统稳定性 ■ 采用专用AC/DC辅助电源模块，实现稳定供电 ■ 设有故障紧急停充功能小华HC32F334 3kW 两相交错全桥LLC方案（参考设计）方案简介：交错式LLC电源拓扑能大幅度降低LLC输出电流纹波，可以减少输出侧滤波电容，从而减少系统体积；扩大单相LLC变换器的输出功率容量，相比直接并联，多相交错后相间易于均流；轻负载时还可以以单相全桥模式工作。所以已经广泛应用在中大功率工业领域。小华HC32F334专用数字电源控制器结合了交错LLC的发波时序和保护需求，完全自主开发设计，支持12路130ps高精度HRPWM。方案特色：输入电压：DC 380-420V 输出电压：DC 48V 功率：3000W 峰值效率：97% 谐振频率：132K 两相均流度：＞95% 输出纹波：＜1% MCU特色 M4 32位 120MHz CPU 36KB RAM 和128KB FLASH 2*6路130ps高精度PWM，支持高精度周期、高精度占空比和高精度错相 10个事件驱动的时序引擎可编程逻辑阵列PLA 带FPU和DSP内核集成EMB功能 8通道DMA，灵活的触发源，支持连锁传输应用场景： AC/DC、DC/DC数字电源应用，如通信与服务器电源、砖块电源、微逆、充电桩DC/DC等。
2024-12-23
发表了主题帖：【精品文章】基于STM32的三相交流充电桩控制系统设计*

本帖最后由火辣西米秀于 2024-12-26 08:30 编辑作者简介　盛杰, 郭春林, 杨洪旺 (华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室, 北京 102206) 文章简介　摘要：基于STM32F105VCT6芯片，设计了一款支持触摸/刷卡操作、电能计量和4G通信等功能的三相交流充电桩控制系统。提出了三相交流充电桩控制系统的主体结构，对其进行了功能模块划分，设计了控制系统的硬件电路和软件程序，主要包括控制导引状态检测电路、三相电压和电流测量等电路，并且采用Keil μVision5软件开发系统对控制系统进行软件开发，设计了控制导引电路和状态检测电路等软件程序。样机测试表明，所设计的三相交流充电桩控制系统能够实现充电桩与车辆的正确响应，可以用于电动汽车充电领域。关键词：STM32；三相交流充电桩；控制系统；电动汽车 0 引言随着全球节能减排政策的推进，电动汽车取代燃油汽车已经列入了多国未来十年乃至二十年的规划目标之一，未来电动汽车将会更多的出现在我们的日常生活中。但是，电动汽车的充电问题一直未能得到妥善解决。目前，市面上常见的用于电动汽车的充电设备是单相交流充电桩和直流充电桩，单相交流充电桩因其安全稳定，对电动汽车电池的损伤小，常常用于个人和小型充电站，但不适于对充电速度要求高的场合，并且单相交流充电桩大规模的接入电网会引起三相不平衡问题，给现有配电网结构、网络潮流分布和网络线损等带来了极大的影响；直流充电桩因其充电速度快，常用于大型充电站和高速换电站等场合，但由于其整流输出的直流电没有经过车载充电机而直接接入汽车电池，其冲击电流会对电池的使用寿命造成影响。三相交流充电桩在向电动汽车快速充电的同时，可以降低对电动汽车电池的损害，并且其接入电网的是三相电，不会引起三相不平衡问题。同时相同功率大小的三相交流充电桩造价要比直流充电桩低很多，综合了直流桩和单相桩的优点。目前，由于汽车技术条件的限制，车载充电机整流出的漏电流未能得到有效抑制，导致三相交流充电桩未能普及，根据市场调研，仅有比亚迪公司生产的电动汽车能够使用三相交流充电桩充电，但随着技术的改进，三相交流充电桩一定会得到更加广泛地应用。文中基于STM32F105VCT6芯片，设计了一款42 kW三相交流充电桩控制系统的硬件电路和软件程序，并制成了样机，最终对该充电桩样机充电时的CP(充电触头名称)信号电压与充电电压和电流做了现场充电测试，验证了其可行性，满足相关国标要求，可以用于电动汽车充电领域。 1 三相交流充电桩控制系统主体结构文中三相交流充电桩控制系统主要根据嵌入式理论，采用软硬件结合的方式来设计。控制系统由主控制模块和辅助模块两部分组成，主控制模块和辅助模块之间通过TTL串口实现通信，如图1所示。其中，主控制模块MCU选用STM32F105VCT6处理器，该处理器是某公司的一款基于ARM的32位的微控制器，工作频率为72 MHz，运算时速可达1.25 DMIPS，引脚数100，充分满足本充电桩的运行内存和功能需求。图1 充电桩控制系统结构图 Fig.1 Structure diagram of charging pile control system 主控制模块是控制系统的核心，主要包含了以下内容: (1)检测充电桩电气接口连接状态和充电控制时序的控制导引模块； (2)对输出继电状态、电磁锁状态、漏电状态等各种模拟信号进行数据采集的信息采集模块； (3) 给充电桩各类硬件电路提供恒定直流电压的电源模块； (4)保证充电过程中的人身安全，防止设备出现意外损坏的电气安全防护模块，其中包括避雷器、漏电保护装置、交流接触器、急停开关等设备； (5)测算充电过程中的三相电压和电流、有功能量、无功能量和有功功率等的电能计量模块。除主控制模块外，还设计了辅助模块，主要实现人机交互和网络通信功能，包括了REID读卡器、电源和充电状态指示灯、LCD触摸屏、RS485备用接口以及4G网络通信模块等设备，满足多种功能需求。 2 三相交流充电桩控制系统的硬件电路设计基于上述三相交流充电桩控制系统结构图，进行三相交流充电桩控制系统的硬件电路设计，其硬件电路主要包括控制导引状态检测电路、三相电压和电流测量电路等，对其设计描述如下： 2.1 充电桩控制导引工作电路在电动汽车充电过程中，怎样判断充电桩和电动汽车之间的连接确认以及充电桩的额定电流至关重要，结合新版国标GB/T 18487.1-2015《电动汽车传导充电系统：通用要求》，所设计的三相交流充电桩控制导引电路原理图如图2所示。图2 控制导引电路原理图 Fig.2 Schematic diagram of control guiding circuit 2.2 控制导引状态检测电路根据三相交流充电桩控制导引电路及充电连接控制时序，充电时供电控制装置会发出±12V PWM信号，该信号通过电阻R1的分压使得检测点1存在六种充电电平状态，而对于充电连接时序控制的关键就在于精确地检测出这六种充电状态。因此，文章设计了控制导引状态检测电路，用于控制导引电路电平信号的实时检测，如图3所示。图3 控制导引状态检测电路 Fig.3 Control guiding state detecting circuit 文章采用LM239D型四路电压比较器，并设置其中三路的比较阈值分别为+10 V、+7 V和+5 V，最终可通过这三路输出的逻辑真值排列组合，来判断相应的充电电平状态。为了防止检测点1输出的CP信号电压异常过大损坏电路，在比较器输入端加入了MMBD4148SE型开关二极管，将输入的CP信号电压范围钳制在-12 V～+12 V。同时，在电压比较器的每一路信号输出之后，还经过一个TLP121型光电耦合器，将CP信号隔离后再输出进行检测，增强了电路的电绝缘能力和抗电磁波干扰能力。 2.3 三相电压流测量电路随着现代电力电子技术的发展，智能式的电能计量芯片越来越多的应用于工业设备计量中，针对文章所设计的三相交流充电桩，选用了ATT7022EU型计量芯片来测量其三相电压和电流。ATT7022EU型计量芯片是一款高精度多功能的三相电压流采集测量专用计量芯片，适用于三相三线与三相四线设备，该芯片集成了七路二阶sigma-delta ADC、所有功率、参考电压电路、有效值、能量、频率测量及功率因数的数字信号处理等电路，可以测量各相的有功能量、无功能量、视在功率、有功功率以及无功功率，并且还能检测各相的电流、功率因数、电压有效值、频率和相角等参数，完全满足三相复费率电能表的各种需求。结合ATT7022EU型计量芯片，文章所设计的三相电压流测量电路如图 4所示。图4 三相电压流测量电路 Fig.4 Three-phase voltage flow measuring circuit 3 三相交流充电桩控制系统的软件设计在已有硬件电路的基础上，文章采用Keil μVision5软件开发系统对三相交流充电桩的控制系统进行软件开发，并设计了控制导引电路和控制导引状态检测电路等主要部分的软件程序。 3.1 控制导引电路软件设计对于三相交流充电桩控制系统的程序设计，应该紧密结合电动汽车的整个充电过程，在充电枪头接入电动汽车后，汽车应该自动锁止从而让车辆处于非行驶状态，然后充电桩和电动汽车分别通过判断相应检测点的值来确认供电接口和车辆接口是否已完全连接，在车载充电机自检完成并且电池组可以充电时，车端闭合开关S2，充电桩检测到检测点1的电压值为+6 V后，闭合交流接触器使三相供电回路导通，此时充电系统启动。在充电过程中，车辆控制端会实时监测充电接口的连接状态和电流变化情况。最后，当驾驶员下达停止充电命令、满足车辆预先设置的结束条件以及发生其他异常情况时，充电桩应停止充电。文章设计的控制导引电路软件流程图如图5所示。图5 控制导引电路软件流程图 Fig.5 Control guiding circuit software flow chart 3.2 控制导引状态检测电路软件设计通过2.2节充电时序控制硬件电路可以得出，精确地检测出六种充电电平状态是控制导引电路软件设计的关键，充电控制装置和车辆控制装置通过判断CP1、CP2和CP3的值来确认此时所处的电平状态，其真值状态检测表如表1所示。表1 控制导引状态检测真值表 Tab.1 Control guide state detection truth table 在程序中，针对每一次采样的数据，都会进行五次循环采样，以提高数据的精准性，以下程序为CP1信号采样循环语句： for (i = 1; i < PWM_STATUS_BUF_LEN; i++) { if (CP1StatusBuf[0] != CP1StatusBuf) { break;} if (GndStatusBuf[0] != GndStatusBuf) { break;} if (GndStatus != GndStatusBuf[0]) { GndStatus = GndStatusBuf[0]; } if (CP1Status != CP1StatusBuf[0]) { CP1Status = CP1StatusBuf[0]; SetBeepTimes(1);} } 4 充电桩样机测试根据上述三相交流充电桩控制系统硬件电路和软件程序，文章搭建了一台三相交流充电桩样机，并对其进行现场充电测试，测量充电过程中的CP信号是否能让充电桩和车辆正常通信以及充电的实际电压和电流。 4.1 CP信号通信功能测试文章使用示波器，对样机充电过程中的CP信号电压进行了测量，如图6所示，此时CP信号电压为+9.0 V/-12.2 V的PWM信号，表明充电枪已接入车辆，电动汽车准备就绪；当CP信号电压变为+6 V/-12 V并且持续收到充电桩发出的PWM信号时，车辆已经处于充电状态，如图7所示。此时CP信号为+6.0 V/-12.2 V的连续PWM信号，输出电压幅值相差0.2 V，且频率为1 000 Hz，符合国标GB/T 18487.1-2015《电动汽车传导充电系统：通用要求》中输出频率范围为970 Hz～1 030 Hz，输出电压幅值不超过±0.6 V的要求。图6 预备充电时CP信号 Fig.6 CP signal during pre-charging 图7 充电过程中CP信号波形 Fig.7 CP signal waveform during charging 4.2 实际充电电压和电流测试文章还对充电过程中输出的电压和电流进行了测试，如图8所示，A、B、C三相的电压和电流都能维持在一个恒定值左右，经计算实际的充电功率为41.7 kW。图8 实际充电电压和电流 Fig.8 Actual charging voltage and current 上述测试表明，文章设计的三相交流充电桩控制系统在充电过程中可以实现“桩与车”的正确响应，充电功率基本达到所设定的额定值，该控制系统能够应用于电动汽车充电领域。 5 结束语文章设计的基于STM32F105VCT6芯片的三相交流充电桩控制系统和其他控制系统中使用的STM32系列相比，可以更好地处理运算数据，其丰富的外设能够简化外围电路设计。该充电桩控制系统还支持按电量充、按金额充以及按时间充等各种充电场景，并能准确测算充电时的电能以及充电费用。经过后期大量的测试，该控制系统在充电过程中的电压、电流和功率等数据均可以维持在正常范围内，并且其充电速度是一般单相交流充电桩的五倍，普通电动汽车充满电所需时间不到两个小时，满足电动汽车安全、稳定和快速的充电需求。所设计的三相交流充电桩控制系统对于充电桩控制系统的研发以及电动汽车的快速普及具有一定的意义。（详见《电测与仪表》杂志2020年第16期，可查看公众号底部导航：期刊杂志--《电测与仪表》选择相应期刊进入阅读）来源/《电测与仪表》杂志社编辑/李金荣
发表了主题帖：充电桩的“心脏”——充电模块

本帖最后由火辣西米秀于 2024-12-23 08:47 编辑新能源汽车产业发展离不开常见的充电桩，而其核心部件模块包括充电模块、控制模块、电源模块等，而充电模块是充电桩之心，也是构建高功率充电基础设施的核心部分。今天这篇文章，带大家了解什么是“充电模块”？特点是什么？代表企业有哪些？充电模块的定义充电模块是新能源汽车直流充电设备的核心部件，是实现整流、逆变、滤波等功率变换的基本单元，主要作用是将电网中的交流电转换为可供电池充电的直流电。充电模块性能直接影响直流充电设备的整体性能，同时关系到充电安全等问题，被誉为直流充电设备的“心脏”。充电模块上游主要是芯片、功率器件、PCB等各类元器件，下游是直流充电桩设备制造商、运营商及车企等。从直流充电桩成本构成来看，充电模块成本占比能达到50%。充电桩成本构成充电模块成本构成充电模块的工作原理当充电模块工作时，三相交流电经过有源功率因数校正（PFC）电路整流后，变成直流电供给DC/DC变换电路。控制器的软件算法通过驱动电路作用于半导体功率开关，从而控制充电模块的输出电压及电流，进而对电池组进行充电。其具有较高的技术门槛。充电模块工作原理示意图充电模块的特点设计简单。只需一个电源模块，配上少量分立元件，即可获得电源。缩短开发周期。模块电源一般备有多种输入、输出选择。用户也可以重复迭加或交叉迭加，构成积木式组合电源，实现多路输入、输出，大大削减了样机开发时间。变更灵活。产品设计如需更改，只需转换或并联另一合适电源模块即可。技术要求低。模块电源一般配备标准化前端、高集成电源模块和其他元件，因此令电源设计更简单。模块电源外壳有集热沉、散热器和外壳三位一体的结构形式，实现了模块电源的传导冷却方式，使电源的温度值趋近于最小值。同时，又赋予了模块电源规范性的包装。质优可靠。模块电源一般均采用全自动化生产，并配以高科技生产技术，因此品质稳定、可靠。用途广泛。模块电源可广泛应用于航空航天、机车舰船、军工兵器、发电配电、邮电通信、冶金矿山、自动控制、家用电器、仪器仪表和科研实验等社会生产和生活的各个领域，尤其是在高可靠和高技术领域发挥着不可替代的重要作用。充电模的块作用 1、输出电压的调节对有TRIM或ADJ(可调节)输出引脚的模块电源产品，可通过电阻或电位器对输出电压进行一定范围内的调节，一般调节范围为±10%。对TRIM输出引脚，将电位器的中心与TRIM相连，在所有+S、－S管脚的模块中，其他两端分别接+S、－S。没有+S、－S时，将两端分别接到相应主路的输出正负极(+S接+Vin，－S接－Vin)，然后调节电位器即可。电位器的阻值一般选用5～10kΩ比较合适。对ADJ输出引脚，分为输入边调节与输出边调节。输出边调节与TRIM引脚的调节方式一样。输入边调节只能上调输出电压，此时将电位器的其中一端与中心相接，另一端接输入端的地。 2、输入保护电路一般模块电源产品都有内置滤波器，能满足一般电源应用的要求。如果需要更高要求的电源系统，应增加输入滤波网络。可以采用LC或π型网络，但应注意尽量选择较小的电感和较大的电容。为了防止输入电源瞬态高压损坏模块电源，建议用户在输入端接瞬态吸收二极管并配合保险丝使用，以确保模块在安全的输入电压范围之内。为了降低共模噪声，可以增加Y(Cy)电容，一般选择几nf高频电容。R为保险丝，D1为保护二极管，D2为瞬态吸收二极管(P6KE系列)。 3、遥控开关电路模块电源的遥控开关操作，是通过REM端进行的。一般控制方式有两种：(1)REM与－VIN(参考地)相连，遥控关断，要求VREF<0.4V。REM悬空或与+VIN相连，模块工作，要求VREM>1V。(2)REM与VIN相连，遥控关断，要求VREM<0.4V。REM与+VIN相连，模块工作，要求VREM>1V。REM悬空，遥控关断，即所谓“悬空关断”(－R)。如果控制要与输入端隔离，则可以使用光电耦合器作为传递控制信号。充电模块的主流拓扑 1、前级PFC的拓扑方式：（1）三相三线制三电平VIENNA：目前市场上充电模块主流的PFC拓扑方式如上图所示：三相三线制三电平VIENNA，英可瑞，英飞源，艾默生，麦格米特，盛弘，通合等均采用此拓扑结构。此拓扑方式每相可以等效为一个BOOST电路。由于VIENNA整流器具有以下诸多优点，使得其十分适合作为充电机的整流装置的拓扑。 1、大规模的充电站的建设需要大量的充电机，成本的控制十分必要，VIENNA整流器减少了功率开关器件个数同时其三电平特性降低了功率开关管最大压降，可以选用数量较少且相对廉价的低电压等级的功率器件，大大降低了成本； 2、功率密度即单位体积的功率大小也是充电机的重要指标，VIENNA整流器控制频率高的特点使电感和变压器的体积减小，很大程度上缩小了充电机的体积，提高了功率密度； 3、VIENNA整流器的高功率因数和低谐波电流，使充电机不会给电网带来大量的谐波污染，有利于充电站的大规模建设。因此，主流的充电模块厂家均以VIENNA整流器作为充电机的整流装置拓扑。 4、每相两个MOS管是反串联，不会像PWM整流器那样存在上下管直通的现象，不需要考虑死区，驱动电路也相对容易实现。缺点： 1、输出中性点平衡问题：中性点电压的波动会增加注入电网电流的谐波分量，中性点电压严重偏离时会导致开关器件以及直流侧电流承受过高电压而损坏。因此必须考虑直流侧中性点电位的平衡问题； 2、能量只能单向传递。（2）两路交错并联三相三线制三电平VIENNA：杭州中恒电气自主研发使用的充电模块采用的是两路交错并联三相三线制三电平VIENNA的PFC拓扑方式。控制方式：第一Vienna变换器的A相驱动信号与第二Vienna变换器的A相驱动信号同频率同幅值、占空比各自独立、相位错开180°；第一Vienna变换器的B相驱动信号与第二Vienna变换器的B相驱动信号同频率同幅值、占空比各自独立、相位错开180°；第一Vienna变换器的C相驱动信号与第二Vienna变换器的C相驱动信号同频率同幅值、占空比各自独立、相位错开180°。通过两个变换器的并联，使得开关管和二极管电流应力降低一半，可使用传统半导体器件；通过交错并联技术，总输入电流波动减小，从而减少电磁干扰，减小滤波器体积；用两个分散的发热器件代替一个集中的发热器件，在总热量没增加的基础上可方便PCB布局和热设计。另外此拓扑在轻载时，可仍然实现输入电流连续，减少了干扰。（3）单相交错式三相三线制三电平VIENNA：华为使用的充电模块采用的是单相交错式三相三线制三电平VIENNA的PFC拓扑方式。此拓扑方式将三相输入分解为三个单相的交错式的PFC电路，每个之间相互交差120°。而每一路的驱动MOS管相互交差180°。这样可以降低输入纹波电流和输出电压纹波，从而减小减小BOOST升压电感的尺寸，减小输出滤波电容的容量。同时降低EMI，缩减EMI磁性元器件大小，减小线路的均方根电流等，提高整机效率。 2、后级DC-DC的拓扑方式：（1）两组交错式串联二电平全桥LLC：（2）两组交错式并联二电平全桥LLC：目前英可瑞，麦格米特的750V的充电模块均采用的是两组交错式串联二电平全桥LLC，500V的充电模块采用的是两组交错式并联二电平全桥LLC。优点： 1、根据母线电压，将分成上下两个全桥的LLC控制，可以在不增加开关管应力的情况下，使用成熟的二电平全桥LLC控制电路； 2、采用全桥LLC算法，可以实现整流二极管的零电流关断，提高效率，减小EMI； 3、轻载特性比较好。缺点：通过调节频率实现输出电压的调节，难以实现输出电压的宽范围调节，谐振电感和变压器设计困难，开关频率不固定，难以实现更大容量。（3）三电平全桥移相ZVS：英飞源、维谛技术（原艾默生）采用的这种三电平全桥移相ZVS。 1、采用三电平技术，可以减小开关管的电压应力，从而使用650V的MOS管，提高整机开关频率，减小输出滤波电感的尺寸； 2、移相全桥技术可以实现输出电压的宽范围调节，同时输出电压纹波小； 3、变压器不需要开气隙，有利于磁性元器件的功率密度的提升； 4、容易做在大功率，大容量。不足之处： 1、轻载时，滞后臂不容易实现软开关； 2、整流二极管为硬开关，反向恢复电压尖峰高，EMI大； 3、占空比丢失。（4）三相交错式LLC：华为，通合电子采用的这种三相交错式LLC。该转换器包含3个普通LLC谐振DC-DC转换器，每个转换器分别以120°相位差运行。输出电容的纹波电流得以显着减小，提高功率密度。变压器可以由3个小尺寸的磁性组合，减小整机的高度。但是其控制复杂。（5）三电平全桥LLC: 盛弘电气，茂硕电源采用三电平全桥LLC。（6）两组交错式串联二电平全桥移相ZVZCS：（7）两组交错式并联二电平全桥移相ZVZCS：两组交错式串联二电平全桥移相ZVZCS和两组交错式并联二电平全桥移相ZVZCS两种方案跟上述（1）（2）的结构方式类似，只是采用了不同的控制算法，一种为全桥LLC，一种为全桥移相。充电模块故障原因充电模块在使用中可能会遇到六种常见故障，分别是模块保护、模块故障、不均流、通讯中断、半载输出以及电压输出无法达到设定的电压。 1、充电模块保护充电模块交流输入过压、欠压、过温将导致充电模块保护，请根据故障代码进行确认。机柜装有玻璃门或者机柜密不透风，可能导致充电模块过热保护。机房环境温度过高，也将导致充电模块过热保护。 2、充电模块故障充电模块的输出电压过高或者IGBT过流将导致模块故障，要求将模块断开交流后重新开启，可恢复模块正常。不合理的电压调整可能导致模块充电模块输出过压，该情况下需要断电后将电压调整电位器逆时针调到最小（调到最小时可以听到电位器有轻微的咔哒声音），然后重新整定模块的输出电压。 3、充电模块不均流没有连接均流线，可能导致不均流。控制模块和合闸模块之间不可以均流。断开均流线和通讯线，给模块加载，测量该模块的均流口上的信号，该信号大小应满足i/I*2V的要求，其中i为该充电模块的实际输出电流，I为该充电模块的额定输出电流。 4、充电模块通讯中断充电模块的地址设置错误将导致充电模块通讯中断，两个不同的充电模块设置相同的地址也将造成监控模块通讯中断。充电模块类型设置（有级限流和无级现流）将导致监控模块通讯中断。充电模块地线连接不良或者没有连接可能导致充电模块通讯中断。充电模块的重载的情况下导致通讯中断，接地线良好的情况下可以通过增加通讯适配器来解决。监控模块中错误的串口号码设置将导致充电模块通讯中断。充电模块的地址要求从0开始设置，地址要求连续设置。 5、充电模块半载输出部分充电模块具有缺相半载输出保护的功能，请检查充电模块的交流输入电压。 6、充电模块电压输出无法达到设定的电压充电模块的过载将导致限流，使充电模块的输出电压无法达到设定值。电池电流检测错误，将导致充电模块限流，无法达到设定的输出电压值。充电模块企业 1、华为华为是全球领先的信息与通信技术（ICT）解决方案供应商，专注于ICT领域，坚持稳健经营、持续创新、开放合作，在电信运营商、企业、终端和云计算等领域构筑了端到端的解决方案优势，为运营商客户、企业客户和消费者提供有竞争力的ICT解决方案、产品和服务。目前，华为凭借着电源领域的强大优势已经步入进军充电桩产业的道路。来源：华为数字能源 2、优优绿能深圳市优优绿能股份有限公司，是全球领先的EV全场景直流快充解决方案和核心充电部件供应商。深耕新能源汽车充换电领域，重视技术创新及研发投入，为全球充电站运营商、换电站运营商、新能源车企客户、充电桩系统客户以及换电站系统客户等提供定制化产品及整体解决方案。来源：优优绿能 3、英飞源深圳英飞源技术有限公司以电力电子及智能控制技术为核心，聚焦新能源汽车充换电、储能、智慧能源服务及智能电源装备等领域。公司产品涵盖高性能充电模块、智慧能源路由器、电动汽车充换电及储能系统产品，并为充换电、储能、能源互联网等各类应用提供专业解决方案，解决市场多样化的需求。来源：英飞源 4、盛弘股份盛弘电气股份有限公司是一家致力于电力电子技术及业务，为能源互联网提供核心电力设备的企业，目前拥有四大产品系列：新能源产品、电能质量产品、电池化成雨检测产品、能源管理系统。盛弘 5、奥特迅　奥特迅是大功率直流设备整体方案解决商，公司的400V*30A大功率高频智能化充电模块在输送相同功率时，具有模块数量减少，大功率模块对节约充电站占地及采购成本等显著优势。公司和南方电网合作，完成了深圳大运中心，和谐两个电动汽车充电站以及134个充电桩的设备供应，具有突出的先发优势。来源：奥特迅 6、科华恒盛科华恒盛公司具有26年电源研发制造经验，在充电桩方面有相应的技术储备。2014年9月26日，科华恒盛发布公告称，全资子公司深圳科华与自然人张近东、薛新林共同出资设立“深圳市科华恒盛新能源有限公司”，拟定经营范围：新能源汽车充电及装备系统集成研发与销售，其中深圳科华拟以自有资金出资人民币1200万元人民币，占注册资本60%。来源：深圳科华 7、特锐德青岛特锐德电气股份有限公司，主要从事电力装备制造、汽车充电生态网、新能源微网三大领域。是中国电力产品技术标准参与者和制定者。首创多站合一的预装式智慧能源站，将变电、配电、充电、放电、储能、光伏、数据中心、5G一体化深度融合，成为交直流混网的创新综合能源系统。来源：杭州特来电 8、永联科技深圳市永联科技股份有限公司是一家集新能源高端装备研发制造和能源互联网解决方案提供与建设运营为一体的国家级高新技术企业，承担了充电模块、充电桩、岸电电源等领域多项国家标准和行业标准的编制重任。2018年8月中日签署充电技术领域合作协议后，公司又成为直流大功率快速充电中日统一标准的主要制定者。来源：永联科技充电模块的发展随着近年来新能源车越来越多，充电模块的容量升级、可靠性以及安全性面临着更高的要求。市面上中高压的功率器件产品也逐渐推向更新更多的需求与应用，以满足充电模块的广泛普及。值得一提的是，国网三统一标准的充电模块，统一模块外形尺寸、统一模块安装接口、统一模块通讯协议，为充电桩系统集成商及充电运营企业提供了更好的选择，国网三统一型充电模块仍是当下各企业的主流产品。相信随着行业快速发展，充电模块进一步标准化，预计会成为未来趋势。充电模块的另一个技术演进路径是，模块散热方式的改变。充电模块主要散热方式为风冷散热，但充电桩都是野外环境使用，随着使用过程中经常会因为环境的恶劣导致充电模块的故障率特别高，风冷散热虽然经济性较好，但在抗击长时间高热运转下的散热功能相对较差，因此模块产品不断改进散热方式，从风冷发展到隔离风道散热，风道优化设计后，风只吹发热元器件，不发热或发热量小的器件位于PCB和机壳之间，并被挡风条保护，从而免于粉尘污染和腐蚀，同时所有半导体功率器件均密闭安装在专利设计的结构组件中，从而大大减少故障率，提高可靠性和使用寿命。总之就目前而言，随着国家碳达峰和碳中和的政策指标，新能源汽车的发展进程将进一步加速，充电基础设施、迎接新挑战、把握新的市场机遇将成为新主题。