3级EV / DC充电（桩）站设计考虑因素

现在我们已经介绍了 1 级和 2 级 服务站的一些特点，下面我们将 深入介绍方框图。 我们将用一点点时间 介绍 3 级服务站，尝试了解它们的不同之处、 它们的工作方式以及完成这种 高功率转换所需要的一些背后的电子器件。 因此，我们开始查看 3 级 EVSE 时， 我们同样会看到，它们的主要区别是 不再仅仅输送交流电力。 它们实际上是独立的高功率交流到直流转换器。 直流输出将直接馈送到 车辆的电池中。 因此，它们将以该电压水平运行， 电压范围介于 2 伏特直流到 450 伏特直流之间。 然后对于充电电流，某些高速 充电器上高达 200 安培的充电电流并不少见。 因此这会为电动车辆带来 极高的充电率，正是在这种情况下， 我们才在现代电动车辆上实现了 30 分钟的 快速充电时间。 不过，为了实现这一目的，我们在 上一节中讨论的控制信号并不能 解决问题。 为了实现与车辆之间的这种直接通信， 需要使用车载充电管理系统。 这是通过电力线通信或 CAN 网络实现的。 目前，3 级 EVSE 的不同标准是 J1772 组合充电系统、ChaDeMo 和 超级充电器。 在此系统中，我们已经能够开始看到的一些系统要求 将是微控制器和数字电源 控制器，用于精确控制这些 交流到直流和直流/直流 转换器的电源回路。 将会配置继电器和闸极驱动器，用于进行功率流 控制。 显然，直流到直流和交流/直流级内的 这些经过高度调优的反馈系统需要使用 灵活的闸极传感器或某种电流传感器。 然后至少需要通过 CAN或 PLC 进行通信。 此外，我们还可能需要通过不同 链路与外界进行通信， 因为其中的许多都将是公共型 充电站。 因此，它们实际上是非常复杂的系统， 有多个器件同时运行。 现在，为了帮助更轻松地 分解此方框图，我已经将其分成 三个主要部分：第一部分是交流/直流， 此部分将会获取三相交流并将其转换为 400 伏直流或任何其他中间高电压； 第二部分是直流/直流，此部分将会获取 该中间电压，然后将其降压或升压到车辆所需的 电压水平。 此外，第三个部分是人机接口， 它将是整个系统的监控器。 现在，这些设计在能够将多少电力 合理地导入到交流/直流或直流/直流级方面存在固有限制。 为了减轻这一限制，大多数设计都会并行 使用多级以便达到车辆本身所需的 功率级别。 由于其中一个功率级内需要 特定的功率级别，交流到直流转换器 将会比简单的桥式整流器和 变压器布置更复杂一些。 在这种特殊情况下，我们显示了一种有源 整流布置，它就是 我们通常所说的Vienna 型有源整流器。 在交流线上，它通常是 MOSFET， 可以动态切换以实现整流。 然后，为了运行这些 MOSFET， 我们将需要某种闸极驱动器布置， 这可以是高电压或隔离式闸极驱动器。 为了有效地实施控制， 需要实时运行一个能够运行 所有数字电力计算的 微控制器单元。 它们通常具有特定外设， 以便能够足够快的完成计算，从而 保持高效运行。 为了运行这些严格控制回路， 需要使用某种电流感应布置。 这可以通过隔离式 ADC 实现， 也可以使用固有隔离式传感器，例如 [? 霍尔 ?] 或 [? 磁通 ?] 传感器，也可以是此布置中的 电流互感器。 具体决策取决于此交流/直流级的具体 设计者。 此处还需要电压感应放大， 因为 MCU 将需要能够跟踪 正弦波，尤其是过零检测， 以便知道何时开关有源整流器。 此设计还需要并联一个简单电源， 以便为所有电子器件实际供电， 为此，可使用一个反激式转换器。 然后，此处还必须布置用于产生 此系统内所需的 不同直流电力线的多个 LDO 或降压转换器。 此 MCU 还必须与系统的其他 部分通信，这通常是 通过隔离式链路，即高速 LVDS 或 CAN‭ 系统 来完成的。 因此，此系统的另一半将是 直流/直流转换器。 与交流/直流一样，直流/直流 将具有专用微控制器， 用于运行所有的数字电源算法。 因此，在这种特殊情况下，我们提供了一个 降压-升压级，使用 IGPT将电源切换到车辆 本身所需的电压。 因此，在此情况下， 输出电压实际上有可能会变化。 为了让 IGBT正常运行， 并且如果需要任何隔离， 或者如果高电压闸极驱动器 足以适用于所进行的特定设计， 应适当选择闸极驱动器， 使其与驱动电流要求相匹配。 此 MCU 上还需要某种 CAN 外设 以便与符合某些标准的 车辆或者与通过直流母线 对车辆运行的电力线通信模块进行通信。 恰如交流侧一样， 对于这些数字电源控制回路， 我们将需要通过隔离式 ADC 或某种固有隔离式 传感器以及电压传感器布置来提供高精度电流感应。 同样，此设计需要电源， 这可以是反激式转换器的简单 操作，然后是适当的直流电压输出， 无论它们是否隔离。 正如前面的一些幻灯片中所讨论的那样， 大多数直流充电站 都将是公共使用型。 对于这些充电站，它们需要某种 HMI 系统， 以便用户进行身份验证并与车辆 充电站对接。 因此，它们实际上是非常复杂的系统。 现在，我们有了一个非常大的外壳， 我们可以开始用它们做许多更有意义的事了。 它们将采用某种类型的微处理器。 这将是 ARM 级处理器系列中的一款， 而不是我们用于功率级的简单 MCU。 通过使用 MPU，我们可以实现许多不同的通信 接口，以便并行运行。 因此具体来说，我们可以开始 在多个接口上对 Modbus 通信、 控制台操作和外部电子式电表使用 RS485 进行电量计量。 这些种类的接口可以让系统 与较大的商业建筑管理系统 通信。 通过 RS232，我们可以使用 GPS 获取精确的时间信息， 并可以使用蓝牙进行远程诊断。 我们可以开始仅通过简单的GPIO、风扇实现键盘， 然后，我们还可使用隔离式 CAN 以便与充电模块和车辆本身通信。 这些处理器还将具有嵌入式 USB 和 RMII 以便实现 GPRS 式通信 或本地以太网。 然后，我们还有富媒体接口， 例如音频、高分辨率视频和触摸面板， 都由单一处理器进行驱动。 为了正确运行此处理器， 此处还需要实现正确的 电源架构。 这通常是通过简单 PMIC 实现的， 但也可通过采用分立式布置来实现。 从系统设计的角度来看，这些接口中的每个接口 都将需要某种物理层转换器。 因此 ISO485 具有其自己的电压要求。 232 和 USB 也是如此。 因此，需要根据特定安装 设计的要求，针对其中的 每种需求设计