交流充電樁內部供電的一站式解決方案
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2017-08-11
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交流充電樁，顧名思義即為給電動汽車提供交流電，可選擇定電量、定時間、定金額、自動（充滿為止）等多種模式，其工作電壓220VAC或者380VC。普通純電動轎車用交流充電樁充滿電能需要4-5個小時。交流充電樁價格低廉，主要安裝在停車場，對電池的充電主要是依靠車載充電機完成。隨著行業發展不斷深入，競爭日漸白熱化，各大供應商開始尋求高性價比的充電樁系統解決方案。在這種背景下，本文為交流充電樁提供了一種優質、高性價比的電源轉換器解決方案，一個電源模塊便可滿足交流樁內所有的供電需求。
關鍵字： 電動汽車，交流充電樁，電源轉換器
1. 行業概況
隨著技術進步、政策扶持以及企業投入增加，我國新能源汽車行業近年迎來了跨越式發展，產量逐年上漲，到2016年新能源汽車產量達51.7萬輛，同比增長36.8%，預計2020年累計產銷量超過500萬輛。
為了滿足電動車的充電需求，國家十三五規劃《電動汽車充電基礎設施發展指南(2015-2020)》指出，到2020年將建成480萬個分散式充電樁，集中式換電站超過1.2萬座。從2016~2020年，平均每年需新增97萬個。其中交流充電樁的數量遠遠大于直流樁，市場需求旺盛。
圖1 單槍、雙槍和四槍交流充電樁
2. 系組成及主要功能
交流充電樁的系統組成主要依據《NBT 33002-2013 電動汽車交流充電樁技術條件》，基本構成如圖2所示。交流充電樁主要是為車載充電機供電，再由車載充電機給動力電池充電。交流充電樁提供人機交互界面供用戶選擇充電模式，如鍵盤、顯示屏、指示燈等。
圖2 充電樁基本構成框圖
交流充電樁的控制系統，通過AC/DC轉換器獲得DC供電，即電源轉換器是充電樁的一個零件。根據交流充電樁的工作要求，可以得到電源轉換器的工作要求：
- 環境溫度：-20 ℃～+50 ℃（室外型），-5 ℃～+50 ℃（室內型）。
- 相對濕度：5 %～95 %。
- 海拔高度：≤2000 m。
- 防潮濕、防霉變、防鹽霧
- 靜電放電抗擾度 GB／T 17626.2—2006 等級3
- 射頻電磁場輻射抗擾度 GB／T 17626.3—2006 等級3
- 電快速瞬變脈沖群抗擾度GB／T 17626.4—2008 等級3
- 浪涌(沖擊)抗擾度 GB/T 17626.5—2008 等級3
- 傳導騷擾 CISPR 32 CLASS A
- 輻射騷擾 CISPR 32 CLASS A
3. 交流充電樁的電源解決方案
交流充電樁內的設備主要使用到5V、±12V三種供電，根據零件的選型不同，5V和﹢12V供電的功率也有差異。如LCD屏幕的供電有5V和12V兩種，LCD選型不同，每路電源的功率分布也隨之變化。尤其是使用到GPRS無線通訊的充電樁，GPRS模塊全功率發射時，瞬態電流可達2~3A，而穩態工作電流僅有數百mA。此類應用中，5V供電電源的功率需要額外考慮。
圖3 交流充電樁控制系統供電方式
綜合考慮各種供電方案，金升陽推出專為充電樁行業設計的20W、30W AC/DC電源模塊LO20-10C0512-01、LO30-10C0512-12。該電源解決方案優勢如下：
1）三路穩壓輸出（5V、±12V），電壓精度均≤±5%。交流充電樁與車載充電機通信的CP信號是頻率為1KHz、幅度為±12V的PWM信號，依據GBT18487.1-2015，電壓精度要求為±5%，即11.4V~12.6V。一般多路輸出AC/DC電源模塊，僅有主路（瓦數較大的）電壓精度能達到±5%以內，而LO30/LO20的三路輸出都是穩壓，電壓精度均在±5%以內，是專為交流充電樁而設計的AC/DC電源模塊。
2）供電能力強。LO30輸出的5V供電能力高達3A，無論選擇12V還是5V的屏幕以及是否有無線通訊模塊，都能夠滿足供電要求；LO20 輸出的5V能提供0.5A電流，可滿足無GPRS模塊、12V LCD屏幕的交流樁方案。
3）EMC性能好。LO30為引線式封裝，內部集成了EMC電路，客戶可直接接入電網，不必再額外設計防護。
其特點有：
- 充電樁專用AC/DC轉換器
- 5V、±12V三路穩壓輸出
- 開板式、高性價比
- 交直流輸入兩用、安全隔離
- 輸出過壓、過流保護齊全
- 完全符合充電樁EMC等級要求
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接線式安裝或PCB通孔安裝
4. 應用總結
新能源汽車與充電樁是國家戰略產業，需求穩固增長，同時行業經過數年調控與發展，逐漸由政策導向轉變為市場導向，廠商之間的競爭變得更加激烈，尤其是交流充電樁往往直接面向普通車主，高性價比的解決方案是勝出的首要條件。金升陽長期提供優質電源解決方案，在充電樁領域將以往解決方案不斷優化，最終推出LO30/LO20系列AC/DC電源模塊，正是為了幫助廣大用戶提升交流充電樁的性價比，以適應當前的市場環境。
參考文獻：
GBT18487.1-2015電動汽車傳導充電系統 第1部分 通用要求
NBT 33002-2013 電動汽車交流充電樁技術條件
電動汽車充電基礎設施發展指南(2015-2020)
