国际标准化组织 （ISO） 的工作组已经制定了从大功率充电站 （H PC） 的工作范围和充电时间到通信和接口等方方面面的标准。 在欧洲和美国，已经启动了与Charin（电动汽车充电接口倡议）及其提出的“组合充电系统”（CCS）的合作。 其他国家也制定了类似的标准，包括日本的CHAdemo和中国的GB T。 某些汽车制造商也专注于开发专有充电解决方案。 对于希望参与这个市场的制造商来说，模块化方法是显而易见的方法。 本文将讨论如何通过模块化方法实现这一点。
几十年来，车主们在不知不觉中被无处不在的加油站网络宠坏了。 他们根本没有想到必须在加油站周围规划最佳路线的想法。 但是，重要的是要考虑购买或租赁纯电动汽车。
BEV），这可能是首先想到的问题之一。虽然许多人主要将电动汽车用于范围内的短途旅行，但也有例外，例如周末旅行或年假需要充电。
当停在家里时，我们的 BEV 可以在一夜之间缓慢充电。 许多大城市和城镇也开始部署公共充电站，这样我们也可以在购物时为汽车充电。 现实情况是，至少对于长途旅行，电动汽车的充电时间需要接近内燃机车加油所需的时间。 一个22kW的家用交流充电桩充电120分钟后，可提供约200公里的续航里程。 如果您想将这个时间减少到 7 分钟，您需要一个 350kW 的快速直流充电站。
对于希望参与这个市场的制造商来说，选择模块化解决方案是显而易见的选择。 模块化方法有助于重复使用最终产品的某些组件，例如通用外壳和冷却解决方案，同时根据目标市场的需求选择接口、电缆和电子元件。
快速直流充电桩的电力电子设计方法
具有快速充电大功率充电站 （HPC） 的充电站需要专用的低压或中压 （LV MV） 电气基础设施为其供电。 预计主要安装在城际交通干线沿线的高速公路服务站等场所。 输入交流电源将电能传输到隔离变压器，然后从次级侧转换为直流电。 使用双次级绕组 y 变压器是一种常见的解决方案。
图 1：使用 1200V CoolSictm MOSFET 模块可以轻松实现整流单元。
图 2：采用 Easy 2B 封装的半桥模块（例如 F3L15MR12W2M1 B69）是维也纳整流的理想选择。
这些移相变压器与多脉冲整流器结合使用，并串联或并联运行，以降低输入端的谐波含量。 在这种设计中，虽然可以通过选择合适的直流直流拓扑来实现隔离，但也需要具有改进谐波含量的变压器。 这里要做出的第一个设计决策是使用通用交流总线还是通用直流总线。
在通用交流母线方法的情况下，变压器的次级侧为多个交流直流整流器单元供电，而这些整流器单元又为它们自己的直流单元供电。 这种方法的优点是它简化了充电桩的整体设计概念。 然而，每个AC DC整流器单元都需要滤波器、控制器和传感器，这使得总成本更高。 目前，不强制支持面向电网的能量回收，例如车辆到电网（V2G）和车辆到建筑物（V2B））。但是，如果这种要求发生变化，将进一步增加成本和复杂性。
通用直流母线方式是指一个交流直流整流器单元输出直流电压，为所有直流单元供电。 这种方法已被证明是优越的，因为它减少了组件的数量和成本，同时还提高了整体效率。 当 V2G 和 V2B 成为强制性要求时，升级将更容易。 直流母线也更容易与可能部署的其他能源系统（例如，本地电池储能系统、光伏发电系统等）集成。 最后，目前的直流充电桩标准还支持在集中式充电站中使用单个整流单元作为多个电池充电器的前端。 主要缺点是这种大功率整流单元的体积会比较大。
支持 2-3MW 功率的充电站更喜欢通用直流母线解决方案，可用于为 6-8 个大功率直流充电单元供电。
AC DC整流单元介绍
得益于最新的功率晶体管技术、高性能微控制器 （MCU） 和数字信号处理器 （DSP），高效 AC DC 整流器电路成为可能。 一方面，它们确保了正弦电流的提取、低谐波失真（THDI 5%）和电网有功和无功功率的独立控制，另一方面确保了动态响应的及时控制。 在功率因数校正模式下运行可确保消除电网的无功功率损耗。 最后，如果所选拓扑支持直流侧和交流侧之间的双向能量流，则它变得相当简单。
两电平电压源转换器（2L-VSC）是应用最广泛的拓扑结构之一。 它由 6 个开关器件阵列（通常为 IGBT 或 SiC MOSFET）和一个电容器组成，该电容器充当输出电压高于输入电压的直流母线。 整流单元还支持双向能量流，并提供完全可调的功率因数。 开关控制可以是脉宽调制 （PWM） 或空间矢量调制 （SVM）。
借助 B11 FS45MR12W1M1 1200V CoolSictm MOSFET 模块，可以轻松实现该整流单元（图 1）。 该模块由六个开关器件组成，所有这些器件都集成在同一个 EasyPackTM 1B 封装中，该封装采用低杂散设计和集成 NTC 温度传感器。 也可以考虑半桥解决方案，例如采用 EasyDualTM 1B 封装的 FF11MR12W1M1 B11。 根据这些器件的设计，在25-45kHz的开/关频率下，功率可以达到60至100kW。
如果不需要双向能量流，维也纳三相三电平整流器将成为一种流行的解决方案。 它只需要三个有源开关，能够进行正负升压功率因数校正 （PFC）。 当控制电路发生故障时，它可以防止损耗。
如果输出端子或输入端子发生短路，它甚至可以正常工作而不会丢失相位输入。 使用分立元件进行组装可能是一项繁重的工作，但在高功率应用中，集成电源模块更常用。
通过使用基于 Easy 2B 封装的 SIC 模块 F3L15MR12W2M1 B69，可以实现正负升压 PFC Vienna 整流器（图 2）。 每个模块包含两个 1200V 快速整流二极管、两个 1600V 慢速整流二极管和两个 1200V、15M SiC MOSFET。 Easy 2B 封装中的三个模块可以轻松设计紧凑、高电流、低损耗的整流器单元（图 3）。
可变直流输出充电电压
Charin定义了一种直流充电器，该充电器支持200V至920V的输出电压，可提供500A的最大电流，并且可以在高达350kW的功率范围内运行。 有一系列隔离式和非隔离式 DC DC 拓扑可用于应对这一挑战。
无论选择哪种拓扑，都必须满足几个关键要求。 物理尺寸和总体成本是关键要求，但也必须遵守电磁干扰 （EMI） 法规。 同时，零电压或零电流开关（ZVS ZCS）可实现最大效率并支持所需的最大功率。 最后，确保输出端的电压和电流纹波最小化，从而防止电池过热。
无花果：用easy 2b vienna整流器和全桥dc/dc模块60kw高效设计。
高开关频率 （hf隔离变压器的拓扑结构（例如，全桥l_l_c谐振转换器）在谐振频率下是已知的。
它以其最高的效率而闻名。 由于初级侧开关工作在zvs，次级侧二极管工作在zcs因此，它们本质上也很高效。 不幸的是，支持所需的宽输出电压范围使得以这种方式开发充电站非常具有挑战性。
考虑到输出功率大于100kw，并且可以通过电网侧变压器确保隔离，因此可以使用非隔离升降压转换器。 在多相配置中，它可以达到最高效率。 这种方法还可以显著减少by的数量。
电压波动引起的电流波动。 模块化设计使其尺寸和操作参数易于调整，以适应各种要求，包括输出、性能或外形尺寸的变化。
热解决方案
虽然电源转换器现在可以达到令人难以置信的效率水平，但当快速直流充电器满载运行时，只有，相当于那里3.5kw功率以热量的形式耗散。 仅电缆就可以增加每米100w额外的磨损。 强制风冷已不能满足大功率充电桩（hpc不仅电力电子设备，而且端子和电缆都需要用液体冷却来冷却。
这里的挑战在于，许多液体冷却剂是易燃、可降解、腐蚀性和有毒的。 水乙二醇混合物已被证明是当今电线和端子的常用冷却剂。 介质冷却剂也已成功开发，包括成功的应用itt cannon大功率充电桩（hpc）、）。3mtm novectm。冷却系统与独立或集中式散热器配对（取决于充电站的配置）。
结论
BEV的接受程度在一定程度上取决于可用的充电基础设施。 虽然可以通过更好地推广现有的充电站网络来缓解其中一些担忧，但也有必要投资采用快速直流充电技术的大功率充电器，以缓解人们对长途旅行中续航里程的焦虑。 液体冷却将是散热解决方案的重要组成部分，需要选择既高效又易于与散热方法相对应的机械系统集成的电气拓扑和组件。 碳化硅器件，包括二极管和开关，将成为设计中不可或缺的一部分，从整流器单元到为实现电池充电输出而选择的直流直流拓扑。
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