直流充电桩中“快准稳”的SiC器件

电动知家 2019-06-22 14:27:01

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根据对电动汽车的充电方式，充电桩可分为交流充电桩和直流充电桩两大类。直流充电桩具备直接给电池充电的能力，以三相四线制的方式连接电网，能够提供充足的电力，输出的电压和电流调整范围大，俗称“快充”。

随着欧洲和美国开始计划进一步提高直流快充能力(350kW快速充电站)。安装超级充电桩是电动汽车行业的一大进步，这个新的标准将会进一步打开电动汽车市场，也更加有利于电动汽车的进一步普及。充电技术的提升需要与电池技术共进，相对于更高电压的充电桩技术。以欧洲的几家车企为例，车企自身需要大力推动直流快充基础设施的发展：

四家公司将在欧洲部署超快速充电站，2017年首先在400个地方设置充电站，在2020年之前将设置范围扩大至欧洲的数千处。

四家公司预期将向超快速充电网络设施投入大量建设资金，设立建设基础设施的合资公司。

为了确立无论哪种电动汽车品牌均可便捷使用的充电站，四家公司还将推动其他汽车厂商加入。

随着这个市场的不断演进，直流充电桩的整个电压平台都会有变化。

▲ 图示1-通往350kW直流充电

●第一部分：直流充电桩的需求

直流充电系统是一个整体，是把交流功率系统转化成直流的装置。目前400V的充电桩一般应用在乘用车上，500~700V的应用在大巴车上，整体核心的是充电电源模块，完成AC=>DC的电压和能量转换。随着快速充电的需求不断增加，整个电压平台都会向800~1000V进行提升。

现在不少的快速充电解决方案提供150千瓦、300千瓦和450千瓦不同规格的充电功率。无需单独设立充电站，公交车在停靠终点站时仅需4~6分钟即可通过车顶自动连接装置完成快速充电，在满足线路行驶的用电需求的同时，也使公交车能够安装更小、更轻便的电池组，从而减轻自重，同时提高乘客运输能力。

▲ 图示2-大巴的固定直流充电的设施

▲ 图示3-大巴顶端直流充电

●第二部分：直流充电的功率模块与SiC器件的应用

从充电电源模块而言，分为整流、PFC、DC/DC变压几个部分，有1~2独立的控制器整流和变压部分，如下图所示。以下蓝色的部分为罗姆可以提供的一些器件。

▲ 图示4-充电机系统的核心部件概览

AC/DC电路可采用三相交流电输入， AC/DC转换可采用全波整流加PFC升压电路的拓扑结构，也可采用两路PFC升压电路交错并联来提高开关频率和增加功率。影响AC/DC转换的体积、效率和散热等特性，主要的关键因素是PFC电路的开关频率及器件特性。

SiC-SBD：罗姆不断改善元器件工艺，随着产品的更新换代，实现了低VF。开发出使用SiC的SBD(肖特基势垒二极管)，最适合PFC(Power FactorCorrection)电路及逆变器用途。实现了Si-FRD(Fast Recovery Diodes)难以实现的极短的反向恢复时间(trr)，使得高速开关成为可能。由于反向恢复电荷量(Qrr)小，为降低开关损耗和设备小型化做出贡献。

DC/DC电路现在用的比较多的是LLC串联谐振全桥电路拓扑结构。LLC电路的开关频率及器件特性也会影响DC/DC转换的体积、效率和散热这些特性。