【導讀】隨著電動汽車的普及，電動汽車充電器開始無處不在，以至于現(xiàn)在立法規(guī)定新的住宅和工業(yè)建筑都要設有充電點。雖然主電源轉換技術是一個創(chuàng)新不斷的領域，但也需要低功率輔助 AC/DC 和 DC/DC 轉換器。本文將討論這些低功率輔助轉換器需要滿足的規(guī)格。
各種形式的電動汽車 (EV) 已越來越普及。根據(jù)「EV-Volumes」的數(shù)據(jù)顯示（圖 1），2021 年全球銷量高達 675 萬輛，比 2020 年的銷量增長了 108%。
圖 1：全球電動汽車銷量增長，數(shù)據(jù)來源 www.EV-volumes.com
這種增長背后的「驅動因素」是顯而易見的：環(huán)保意識的提升、燃料價格的上漲以及政府設定的二氧化碳減排目標。在英國，某些法律將在 2022 年生效，這將要求每個設有停車位的新建住宅都要有一個充電點。與此同時，幾個歐洲國家提議的禁止銷售新的純汽油和純柴油車輛的法令已從 2040 年提前至 2035 年。公共充電站也正在迅速推出，功能也越來越多。例如從 2023 年 6 月起，為了方便使用，在德國新的充電站都必須配備借記卡或信用卡讀卡器。
因此充電器的復雜程度可以從簡單的車載慢充（家用單相交流供電）到800V或更高壓的超高速直流快充（由工業(yè)的三相交流供電），具有多個處理器和接口來控制電力輸送和安全功能，以及通過「云端」提供安全報告和計費服務。
電動汽車充電器需要輔助電源
每個DC充電器都需要輔助電源。雖然幾 kW 功率的主轉換器能夠產(chǎn)生低功率輔助電源，這可能來自于 PFC 電感器的繞組，但出于各種原因這樣做通常不是明智的選擇。例如空載的時候，DC充電器的主電源轉換器的工作效率較低會造成大量損耗。因此，如果待機需要輔助電源，最好從低功率 AC/DC 轉換器獲取并同時關閉主轉換器以降低損耗。低功率 AC/DC 轉換器在作為輔助電源應用時可呈現(xiàn)出較高的轉換效率。此外，擁有獨立輔助電源使主轉換器的啟動和關閉更加安全可靠。使用獨立的低功率 AC/DC 轉換器還可以為系統(tǒng)的其他功能電路提供隔離供電，這有助于避免接地回路、EMC 問題以及接口的安全問題。當然， 隔離或非隔離 DC/DC 轉換器 可以串接在輔助 AC/DC 轉換器后端，通過調整來產(chǎn)生各功能電路所需的工作電壓并滿足噪聲水平的要求。
充電器所在的惡劣環(huán)境
EV DC 充電器的輔助 AC/DC 和 DC/DC 轉換器必須克服特定的環(huán)境挑戰(zhàn)，而且一般都會期望它們有較長的使用壽命和一定的可靠性。器件要求至少是「工業(yè)級」的，也需要滿足特定的標準，例如 EN 61851-23《電動汽車傳導充電系統(tǒng)：直流電動汽車充電站》。
該標準涵蓋了許多領域并引用了其他文件，但有特別指出 EV充電器 充電器的電源必須符合過電壓類別 (OVC) III 或 IV。目前市場上的大多數(shù)的 工業(yè)級 AC/DC 轉換器 轉換器都不符合，因為在早期的設計中通常是參考 II 類標準進行設計的。OVC 是指例如由雷擊產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓；根據(jù)IEC 60664-1的相關脈沖電壓在圖2中進行了匯總說明。
圖 2：不同標準的過電壓類別 (OVC)
從建筑物的輸入到配電系統(tǒng)的末端設備,浪涌保護裝置 (SPD) 如圖 2 所示（Class B、C 和 D ），它們可以消耗/吸收浪涌的脈沖能量。未標注的Class A SPD是低壓配電系統(tǒng)的一部分，Class B 的特征是10/350μs 電流波形，通常使用氣體放電管。Class C SPD 的特征是 8/20μs 電流波形，而Class D的特征是 1.2/50μs 電壓波形和 8/20μs 電流波形的組合。Class C 和 D通常是使用金屬氧化物壓敏電阻 (MOV)，在Class D前面總會有一個Class C。MOV 的使用壽命有限，鉗位電壓會隨著每次浪涌沖擊降低直到接近正常的工作電壓，而且漏電流會持續(xù)增加直到過熱出現(xiàn)故障。由于這個原因， SPD所用的 MOV 通常采用 DIN 導軌格式，這樣可以直觀看到它的健康狀態(tài)。
安裝 EV 充電器時 (尤其是公共充電器)，如果環(huán)境屬于 OVC IV，我們可以預期無論如何都會有 SPD 來將等級降到 OVC III 并為主電源轉換器提供交流供電，但這不能保證只有OVC II的 AC/DC 電源能安全可靠地工作，因此任何輔助AC/DC 電源 通常需要有承受 OVC III 的瞬變電壓的能力，基于此目前大多數(shù)的商業(yè)類電源并不適用。任何設備的過電壓等級所需的安全間隙與海拔高度之間也存在關系。在海拔2000m以下時不需要考慮修正系數(shù)，但在海拔更高的地方必須逐漸增加電氣間隙，例如 5000m 需要 x1.48倍增系數(shù)。有時候這個重要的考慮因素會被忽略，但世界上有 8 個國家的首都海拔超過 2000 m，而且將來一定會有EV充電站。
電動汽車輔助電源的安全標準
目前版本的EN 61851- 23:14仍然引用EN 60950-1作為安全標準，盡管該標準在2020年底已經(jīng)過時，并被EN 62368-1取代，而EN 62368-1在電動汽車應用中通常是可以接受的。但是，用戶需要驗證所需的確切規(guī)格。例如，EN 61851-1要求安全隔離變壓器應符合IEC 61558-1。EN 62368-1將該標準作為一個附加選項，盡管它有局限性。因此，已經(jīng)擁有IEC 61558-1認證的AC/ DC是更安全的選擇。符合IEC/EN 60335-1認證的電源也適用于最大輸出120VDC的充電器，例如可用于插電式混合動力車或帶有48V或72V電池的電動滑板車。
EV DC充電器的AC電源供電電壓將以應用的地點位置來決定，它可能是家用單相的 115/230VAC、工業(yè)/商業(yè)的三相 400VAC 或 480VAC。三相供電時的低功率輔助 AC/DC 轉換器通常是連接相線與中性線，需要在 480VAC 系統(tǒng)以 277VAC 標稱電壓工作，而有一些低功率 AC/DC 可以直接在480VAC delta 系統(tǒng)以最大相間電壓運行，最高可達528VAC。
電動汽車充電器的物理環(huán)境
EN 61851-23 規(guī)定EV DC充電器的環(huán)境要求最小污染等級，即室外使用為 PD3 ，室內使用為 PD2 ，但如果是在工業(yè)區(qū)的話也必須為 PD3 。PD3污染的定義如下：「有導電性污染，或由于凝露使干燥的非導電性污染變成導電性的?！故聦嵣?，這就代表電子設備必須有涂層或封裝，或大幅增加爬電距離以避免在環(huán)境潮濕、骯臟或多塵的情況下發(fā)生故障和電壓擊穿，而這些正是車庫或開放式停車位最常見的環(huán)境。
EV 充電器設備的熱額定值也必須與潛在的惡劣環(huán)境相匹配，例如零度以下的溫度和高達60度以上的戶外陽光下。通常應用環(huán)境溫度為-40°C至+85°C的“工業(yè)級”AC/DC電源已經(jīng)是足夠的。
提供現(xiàn)成的模塊
雖然低功率 EV DC 充電器的要求很復雜，但 RECOM 提供了一系列的現(xiàn)成產(chǎn)品適合多種應用。有針對高污染環(huán)境的3W 至 40W 微型封裝模塊的 RAC 系列AC/DC模塊。除了 85–264VAC 的「標準」輸入范圍以外，一些型號標稱 277VAC 的額定輸入為 305VAC，而 RAC05-K/480 的額定輸入電壓高達 528VAC（圖 3）。所有AC/DC模塊的工作環(huán)境溫度從 -40°C 到至少 +80°C，符合 OVC III 等級或為可選。所有AC/DC模塊提供完整的安全認證，IEC/EN 62368-1 是最低要求，有一些模塊通過家用認證IEC/EN 61558 或 EN 60335-1，而有些甚至通過醫(yī)療認證 IEC/EN 60601-1。
圖 3：RECOM RAC05-K/480 額定輸入為 528VAC，符合 OVC III 等級
RECOM 還可以提供種類齊全的 DC/DC 轉換器，適用于主逆變器的柵極驅動電源、隔離式通信接口、隔離式輔助電源供電和非隔離式轉換器。這些轉換器皆具備堅固性和高質量以在嚴苛的環(huán)境中工作。
結論
EV DC充電是一個具有特殊技術要求的新興市場。成本和尺寸也是其中的驅動因素，但 RECOM 的產(chǎn)品不僅可以匹配模塊化AC/DC 輔助電源，還能與通用 DC/DC 轉換器配合使用。
文獻
[1] https://www.ev-volumes.com/
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