確保降低直流充電樁電源模塊的輸出紋波
出處:電子發(fā)燒友 發(fā)布于:2023-07-24 11:36:58
本世紀(jì)以來,中國政府大力倡導(dǎo)環(huán)境保護(hù),通過政府撥款來扶植國內(nèi)企業(yè)進(jìn)行電動汽車的研發(fā)。通過努力,在近幾年,國內(nèi)各家的電動汽車技術(shù)也逐步走向成熟。涌現(xiàn)出上海榮威、比亞迪、長安汽車、江海汽車、吉利汽車以及廣汽傳祺等一批國內(nèi)品牌,并開始占據(jù)汽車市場的一部分份額。
目前電動汽車發(fā)展存在的瓶頸在于如何實(shí)現(xiàn)快速充電。目前主流的充電模式為慢充和快充兩種。慢充一般為家庭使用,白天使用,晚上充電,充電的時間比較充裕,一般7~12小時,使用市電,通過車載充電機(jī)對其充電,功率比較小??斐涫褂密囃庵绷鞒潆姌?,對其實(shí)行大電流充電,電流可以達(dá)到135A,在一個小時內(nèi)可以充滿。
近兩年,直流充電樁技術(shù)得到快速發(fā)展,直流充電樁企業(yè)如雨后春筍,發(fā)展快的同時,其競爭也非常殘酷。誰能解決充電時電池發(fā)熱問題,有效保護(hù)電動汽車的電池,誰就能提高充電功率,縮短充電時間,誰就搶得更大的市場。
眾所周知,電池發(fā)熱主要是化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生熱量和紋波電流產(chǎn)生的熱量。對于充電樁電源模塊來講,要減少電池的發(fā)熱,就要降低其輸出電源模塊的輸出電流紋波。目前行業(yè)普遍采用的是≤±0.5%這個范圍。如果根據(jù)這個標(biāo)準(zhǔn),如果做大功率快速充電模式的話,其紋波電流值還是相當(dāng)大的,其實(shí)電池的發(fā)熱量還是比較高,所以要做快充的話,必須要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于這個標(biāo)準(zhǔn)。目前有實(shí)力的廠家均控制在 ≤±0.15%的范圍以內(nèi),少數(shù)廠家能控制在≤±0.1%以內(nèi)。
為什么輸出會產(chǎn)生紋波呢?首先電網(wǎng)輸入時,由于各種負(fù)載,是其不是規(guī)則的正弦波,其中夾雜著大量的各種波段各個頻率的諧波。其次在線路中,由于各種功率元器件的動作,也會產(chǎn)生各種各樣的諧波。
那么如何降低輸出紋波呢?電路的設(shè)計(jì)、線路的排版、元器件的選項(xiàng)等都可以降低其輸出紋波。電容器在電路濾波中起到至關(guān)重要的作用。

根據(jù)上述電源模塊可知,輸入端通過PFC整流,將交流整成直流,再通過高頻整流后輸出需要的直流電流。PFC后階的電解電容器在平波的同時吸附掉大量中低頻諧波。為后面的DC-DC部分提供穩(wěn)定的輸入直流電流。該處輸入的直流電流的紋波減少,將從源頭對輸出端降低輸出紋波起到關(guān)鍵性的作用。輸出端后面的電解電容將高頻整流后的輸出電流中紋波進(jìn)一步濾除,保證輸出端的電流的紋波降到水平。同時防止出現(xiàn)電壓的劇烈波動,保護(hù)電池的作用。
充電樁一般使用在戶外,條件比較復(fù)雜,如果要保證充電樁的正常長時間的工作,在于保證充電電源模塊的正常平穩(wěn)運(yùn)行。這就要求電容器具有長期的高穩(wěn)定性以及能適應(yīng)各種戶外的惡劣天氣。
充電樁專用電容器主要要從以下幾個方面來解決上述的問題的:
1、電容的容量在惡劣的要求衰減幅度小。電容的容量越大,其耐紋波的能力就越強(qiáng),吸收紋波的能力就越強(qiáng),電路紋波對電容的破壞就越小,保證電容的壽命就越長。從而保證降低充電樁直流電源的輸出紋波且確保其長期穩(wěn)定工作。

2、電容的高溫特性好。電容在工作時,一般溫度在 50℃到70℃之間。電容的高溫特性出現(xiàn)問題時,在工作中,隨著溫度的升高,漏電流增大幅度比較大。而隨著漏電流的增大,其內(nèi)部溫度又會因?yàn)檫@個電流而加快升溫,這就造成了惡性循環(huán),導(dǎo)致產(chǎn)品的壽命出現(xiàn)縮短。同時,電容的吸附紋波的能力也快速的降低,從而無法降低直流充電樁直流電源的輸出紋波,同時肯定不能長期穩(wěn)定工作了。

3、電容的低溫特性要好。在一些北方地區(qū),夜間溫度比較低,而充電樁在不工作的情況下,其內(nèi)部溫度比較低,有可能在-25℃一下。電解電容大家都知道,溫度越低,其容量變化越大,一般產(chǎn)品-20℃時,電容持有率在75%左右,-30℃時,電容持有率在50%左右,而到-40℃時,其容量持有率只有12%左右,有些差點(diǎn)的電容干脆就量不出容量。當(dāng)充電樁由于長時間不用,其內(nèi)部溫度低到-30℃時,如果啟動充電樁,由于電容的容量嚴(yán)重不足,其吸收紋波的能力有限,將會有大量的紋波進(jìn)入到后面的DC-DC部分,沖擊其他芯片及元器件,導(dǎo)致一些元器件失效,同時電容出現(xiàn)炸機(jī)的幾率也是直線上升。當(dāng)然了,現(xiàn)在的充電樁模塊中都設(shè)定了保護(hù),但保護(hù)就意味著充電樁無法正常使用。如果我們投入使用的充電樁經(jīng)常出現(xiàn)這個問題,那這個充電樁將不可能得到消費(fèi)者的認(rèn)可,國家也不會允許其投入使用。
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