充電樁——電動(dòng)汽車的充電站

作者：Nagarajan Sridhar

每當(dāng)與人談及電動(dòng)汽車(EV)時(shí)，我經(jīng)常會(huì)聽(tīng)到這樣的觀點(diǎn)：電動(dòng)汽車的續(xù)航里程不夠長(zhǎng)，難以行駛很遠(yuǎn)的距離。雖然特斯拉和一些其他汽車廠商推出了行駛距離超過(guò)200英里的車輛，但上述問(wèn)題在很大程度上是確實(shí)存在的。與此同時(shí)，還有另一個(gè)障礙大大削弱了電動(dòng)汽車的吸引力，即充電站的缺乏。等到充電站像加油站一樣隨處可見(jiàn)的時(shí)候，電動(dòng)汽車才能在市場(chǎng)中普及開(kāi)來(lái)。

預(yù)計(jì)電動(dòng)汽車數(shù)量在未來(lái)五年內(nèi)將持續(xù)增加，在全球范圍內(nèi)將有超過(guò)50%的顯著增長(zhǎng)。中國(guó)有望成為電動(dòng)汽車增長(zhǎng)的領(lǐng)跑者。有報(bào)告預(yù)測(cè)，電動(dòng)汽車擁有量將從2015年的50萬(wàn)輛增長(zhǎng)到2020年的500萬(wàn)輛。伴隨著這一趨勢(shì)的是，充電站和充電樁也將取得快速發(fā)展。充電樁類似于充電站，充電站將交流電轉(zhuǎn)換為直流電以對(duì)車輛的電池充電。而充電樁只能是交流電轉(zhuǎn)換為交流電，更關(guān)注的是診斷和監(jiān)測(cè)。由于政府新的鼓勵(lì)措施，這些系統(tǒng)的發(fā)展速度已經(jīng)加快。

讓我們了解一些關(guān)于充電系統(tǒng)的定義。充電站也稱為電動(dòng)汽車充電站、充電樁和充電點(diǎn)，是為電動(dòng)汽車充電提供電能的基礎(chǔ)設(shè)施的組成部分。在為電動(dòng)車充電時(shí)有三個(gè)主要級(jí)別，在充電前了解這三個(gè)級(jí)別很重要：

· 一級(jí)充電指的是我們家里的標(biāo)準(zhǔn)110VAC插座。這是為電動(dòng)汽車供電的基本交流到直流轉(zhuǎn)換。但是，充電需要很長(zhǎng)時(shí)間：例如，對(duì)于行駛里程為40英里的雪佛蘭VOLT沃藍(lán)達(dá)，需要5到6小時(shí)。但大多數(shù)車主晚上開(kāi)始充電，然后上床睡覺(jué)，早上就能充滿電。

· 二級(jí)是住宅和商業(yè)形式充電。對(duì)于住宅用途，二級(jí)交流充電站在240VAC和30A下進(jìn)行傳輸，其級(jí)別類似于家用洗衣機(jī)/烘干機(jī)。這類充電站是為單戶家庭建造的;即一個(gè)用戶。在商業(yè)用途中，二級(jí)充電不僅以240V和30A進(jìn)行傳輸，而且具有智能網(wǎng)絡(luò)。利用智能網(wǎng)絡(luò)，商業(yè)實(shí)體的所有者可以管理充電站并查看在充電站中有多少電動(dòng)汽車正在充電的報(bào)告以及其他功能等。

· 三級(jí)是快速直流充電站，可在半小時(shí)內(nèi)為電動(dòng)汽車充滿電。三級(jí)充電站沒(méi)有交流電和直流電的轉(zhuǎn)換。然而其目前的缺點(diǎn)是缺乏標(biāo)準(zhǔn);沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)插頭。在美國(guó)和日本有兩種互相競(jìng)爭(zhēng)的標(biāo)準(zhǔn)。

那么充電樁在哪里起作用呢?

雖然三級(jí)快速充電主要是直流，但也有交流版本。與充電樁的共同之處在于較少的電源管理(轉(zhuǎn)換)和更多的電量監(jiān)測(cè)、診斷和通信，這些功能對(duì)于商業(yè)應(yīng)用是不可或缺的。這使得為客戶提供充電站的商業(yè)場(chǎng)所(如辦公樓或餐館)所有者能夠?yàn)檐囕v快速充電，以更好地優(yōu)化電費(fèi)并對(duì)充電車主收取適當(dāng)?shù)馁M(fèi)用。

最后，要注意這些系統(tǒng)被認(rèn)為是工業(yè)解決方案。建造充電站和充電樁所需的組件并非必須是汽車級(jí)版本。汽車級(jí)解決方案需要更嚴(yán)格的資質(zhì)，因此建造更耗時(shí)、更昂貴。

TI的新子系統(tǒng)參考設(shè)計(jì)采用C2000™MCU基于Vienna整流器的三相功率因數(shù)校正參考設(shè)計(jì)可進(jìn)行大功率轉(zhuǎn)換，并在設(shè)計(jì)中采用TI的C2000™微控制器和UCC21520隔離柵極驅(qū)動(dòng)器等產(chǎn)品。

Vienna整流器是為大功率系統(tǒng)(如60kW及以上)開(kāi)發(fā)的。該參考設(shè)計(jì)能夠顯示該整流器的值。大功率充電樁系統(tǒng)傳輸電能速度明顯更快，通常為30至40分鐘。該參考設(shè)計(jì)的效率目標(biāo)為98%，柵極驅(qū)動(dòng)器可以大大降低開(kāi)關(guān)損耗。此外，C2000 MCU加速器可實(shí)現(xiàn)快速控制環(huán)路執(zhí)行，而內(nèi)置Sigma Delta解調(diào)器可實(shí)現(xiàn)精確的電流檢測(cè)。

基于Vienna整流器的三相功率因數(shù)校正參考設(shè)計(jì)板

利用如三相PFC Vienna整流器參考設(shè)計(jì)等工具和資源，不僅可以增加充電站和充電樁的普及性，而且還能實(shí)現(xiàn)更高的效率和速度。