直流充电桩的系统结构

现如今，关于纯电动汽车的充电，市面上大致有如下三种模式：交流充电、直流充电和更换电池组。下面我们通过一个图表简单地介绍一下三种模式的优缺点：

慢充：依靠车载充电机或者交流充电桩进行充电，车载充电机由于受到体积的限制不能实现大电流和大功率的输出，而交流充电桩可适当增大充电电流，但是受到导线过电流能力的限制，一般为小电流恒压或者是横流充电，需要5~8个小时才能充满。

快充：则是依赖固定安装的直流充电设备，将交流电转化为直流电，这远远高于交流充电桩的充电功率，因而缩短了充电时间。但由于充电功率大，为汽车电池的0.5C~2C充电，对电池的使用寿命有一定的影响，同时短时间内接受大量的电量会导致电池系统的发热有所提升。昨天我们针对大功率充电对几点的要求中也涉及到，电池必须有所突破，进入日韩电池公司也在国内展开了相应的布局，作为个人，我还是希望我们能够开发出属于自己的路。

电池组快速更换：简单明了，就是通过更换动力电池组，再对换下来的电池组进行集中充电，但是此过程需要专门的场地，专业的技术人员，同时需要有一定同一的标准，存在的隐患也比较多，对于用户本身的心理也有挑战。新车的电池可能不一会儿就旧的了。但是依旧占有一定的市场，蔚来就有采用这种模式。

所以，为了满足电动汽车的发展需求，减少充电时间是必须解决的问题，大功率快速充电的市场地位和前景值得期待。

完整的直流充电桩系统包括：功率传输单元、控制单元、计量计费单元、人机交互界面和输入输出端口等。其中功率传输单元是主体部分，控制单元是关键，其他的则是辅助部分，我们接下来关注的还是其重要的部分，辅助部分不是不重要，是我也不是很了解，哈哈~

直流充电桩结构图：

而我们关注的：

当然，其中的AC-DC和DC-DC，不同的厂家的不同方案，这里我们只是揪其一种来聊聊，其他的大家可以参考着去发散。

针对三相有源PFC电路的性能要求我们可以概括为下面几点：

①输入电流的THD≤5%；

②输出电压可以在一定范围内调节，即可以大于或者小于交流线电压的幅值；

③较为简单的电路结构和工资特性，一般包含对称桥臂；

④能够实现较高的效率和较高的功率密度。

这里我们按照交流电压利用率可以分为升压型和降压型；

典型的升压型有可以实现双向功率流动的六开关型和仅能单向传输的维也纳整流电路(Vienna Rectifier)

六开关型(很常见的)

Veinna Rectifier(一般直流充电桩这类用的比较多)

降压型有六开关型和SWISS整流电路；

SWISS整流电路

直流充电桩中，我们一般都会选择单向流动的拓扑，原因在于电网是一个足够大，足够稳定的电源，无需电动汽车进行能量回馈。那么双向和单向功率流动的拓扑区别在哪儿呢？单向流动的拓扑在功率器件的数量，调制和控制的复杂程度上较之双向的并没有太大的优势，原因是单向流动的PFC电路依旧需要实现电流的双向流动和两个极性的开关阶段电压，但是单向的拓扑一个优势在于可以实现多电平。

后面我们主要针对Veinna整流电路做阐述，也是目前直流充电桩用的最多的前级拓扑。

后级的DC/DC电路，工作于高压大功率、输出连续可调的状态，一般需要采用高频隔离，比如经典的移相全桥电路，如下图：

针对传统的移相全桥电路，软开关范围窄、一次环流损耗大、整流管电压争当和尖峰严重的缺点，改进型的移相全桥得到了大力发展。

移相全桥ZVZCS电路：

ZVZCS(Zero Voltage and Zero Current Switch)的超前臂能够实现ZVS，且滞后臂能够实现ZCS，因此受到广泛的推广和应用。

后来，为了从根本上解决移相全桥电路无法在全范围实现软开关的缺点，出现了全桥和半桥型LLC电路。LLC电路拓扑简单，无需任何附加网络便可以保证初级开关管在全范围内实现ZVS，关断电流小；次级整流管可以实现ZCS，电路的效率较高；但是LLC电路特性较为依赖谐振参数，所以这个过程比较艰难。如今的直流充电桩大部分采用LLC电路，后面我们也主要阐述LLC电路。

下图是半桥三电平LLC电路的拓扑：

今天就先针对直流充电桩的系统结构做了介绍，以及后续准备阐述的内容做了预告，希望你们能够喜欢~