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新能源电动汽车充电电源方案分析

新能源电动汽车充电电源方案分析

2018-05-19

    新能源电动汽车充电电源是指将外部交流电转换成直流电为动力电池充电,它和普通电源有所不同,因为电动汽车需要一次充满几十度电,这需要超高效率的车载充电器,所以高效率充电对电动汽车发展具有重大意义。

 

    现在汽车充电电源有采用单级谐振、交错并联PFC+LLC及LLC+Buck-Boost等三种结构的方案,三种各有其优缺点。比如单级谐振结构可靠性高、电路简单及成本高。交错并联PFC+LLC结构适合大功率使用、效率高及元件电流承载压力低,LLC+Buck-Boost结构可靠性高。因为我国电动汽车的充电功率是7KW和大于10KW,所以多数采用成熟度最高的交错并联PFC+LLC方案。

 

    交错并联PFC是指功率因数矫正,功率因数矫正又分为无源因数矫正和有源因数矫正。无源因数矫正电路由电阻、电容、电感等无源元件组成,适用小功率场合,对电源波形的校正效果较差,一般在95%下。有源因数矫正是由控制电路储能开关件组成,可以通过控制开关元件的断使输入电流保持与输入电压同相位的正弦波,有源技术成熟,适用于大功率场所。交错并联PFC可利用两相PFC 电路交错运行,开关元件导通相位相差180,减小电路中的电感电容分摊输入电流,这种方案可元器件散热较好,提高电路可靠性

 

    电动汽车动力电池一般200V~500V之间,使用桥式变换器。通常为了减小变换器体积提高开关频率,导致开关损耗增加。为了降低频率升高带来的开关损耗,广泛采用了软开关技术充电电源转换器谐振拓扑一般采用全桥LLC谐振转换,主要是其输入电流连续,纹波小,可减弱EMI提高可靠性,适用于中、大功率场合。这种方案还可以减少开关损坏、提高工作效率及减小体积。

 

    目前的LLC谐振转换虽然通过原边开关管的零电压开通和副边整流二极管的零电流关断获得高效率,不过因为变换器副边没有滤波电感导致输出电流纹波较大,影响滤波电容和蓄电池的寿命。解决这个问题需要在副边并联大量电容进行滤波,缺点是电源体积增大提高成本。对此,有人深入研究LLC转换的问题,有一种方案是交错并联LLC主要指并联运行各个模块之间开关管的控制信号频率相同相位交错对交错并联模块各控制信号之间的相位依次相差2π/n,即通过相位之间的交错实现输入输出电流脉动的倍频,从而达到电流纹波减小的目的

 

    一般在大功率场合的应用为了提高变换器的功率与提高效率,可在输入输出端串联或并联多个模块,新能源电动汽车充电面对低压大电流,应优先选择输入输出并联结构组合方式。目前的新能源电动汽车技术有很大的提升空间,而作为今年火热的电动汽车配套设施充电桩产业,仍需要发展新思路和技术升级,我司长期提供充电桩电源模块并提供技术支持。