不同功率的充电桩设计方案总结

电动汽车充电桩作为电动汽车的能量补给装置，充电时间和寿命是关系到其性能的最关键因素。这就对充电桩的充电效率提出了要求。本文针对两电平15KW SIC充电桩的解决方案进行了分析，同时简述了其他功率的充电桩设计方案。

两电平15KW SIC充电桩的方案简介

两电平15KW SIC充电桩方案拓扑仍与主流拓扑结构一致，如图1所示，采用VIENNA整流升压(AC/DC)+全桥LLC逆变+整流，最终输出直流电给电动汽车充电，其核心技术卖点在全桥LLC逆变电路采用1200V SIC MOSFET做两电平H桥(4颗MOS)替换CoolMOS三电平全桥(6颗MOS)，可实现更小的体积和更高的效能，同时两电平控制比三电平简单，不但能降低系统成本，还可缩短研发周期。

图1：两电平15kw SIC充电桩方案拓扑

逆变电路最低损耗：全桥LLC+SIC MOSFET

全桥LLC软开关技术配上零损耗的SIC MOSFET可将损耗降到最低，电路如图2所示，而SIC MOSFET推荐CREE的全新C2M系列 SIC MOSFET，在低导通电阻下具有高阻断电压，便于并联使用，非常容易驱动。具体型号推荐选用漏源电压为1200V的SIC MOSFET，型号为C2M0025120D。该型号SIC MOSFET连续续流电流在常温下为90A，在100℃时候为60A，用于15KW的EV charger的DC/DC上，比传统的SI材料的IGBT在开关损耗上降低很多，如图3所示，使逆变器的整体效率提上到一个较高的层次。

图2：全桥LLC ZVS谐振DC/DC转换(两电平)

图3：传统的SI材料IGBT和SIC MOSFET开关波形

其他功率的充电桩设计方案如何设计呢?

1)如做更低功率的10KW、12KW充电模块，可以选用4pcs 80mΩ的SIC MOSFET做H桥，推荐型号为C2M0080120D 1200V/20A，RDS(on)=80mΩ。如想更好的散热，可选用8pcs 160mΩ的SIC MOSFET，推荐型号为C2M0160120D 1200V/11A，RDS(on)=160mΩ。

2)如做15KW~20KW的充电模块，推荐用8pcs 80mΩ的SIC MOSFET实现。

为便于设计者更直观的看到如上推荐的SIC MOSFET型号设计参数，提供如下表1供设计者选型使用。

表1：CREE C2M SIC MOSFET主要型号技术参数对照表

相关元件供应

型号：C2M0080120D 品牌：CREE

型号：C2M0040120D 品牌：CREE

型号：C2M0160120D 品牌：CREE

型号：C2M0025120D 品牌：CREE

充电桩其功能类似于加油站里面的加油机，可以固定在地面或墙壁，安装于公共建筑(公共楼宇、商场、公共停车场等)和居民小区停车场或充电站内，可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。充电桩的输入端与交流电网直接连接，输出端都装有充电插头用于为电动汽车充电。充电桩一般提供常规充电和快速充电两种充电方式，人们可以使用特定的充电卡在充电桩提供的人机交互操作界面上刷卡使用，进行相应的充电方式、充电时间、费用数据打印等操作，充电桩显示屏能显示充电量、费用、充电时间等数据。

充电桩(栓)能实现计时、计电度、计金额充电，可以作为市民购电终端。同时为提高公共充电桩(栓)的效率和实用性，今后将陆续增加一桩(栓)多充和为电动自行车充电的功能。

截至目前 ， 我国电动汽车充电站大多局限于电动公交汽车或内部集团用车 ， 还没有建成真正面向不同用户的充电站服务网络 。已经建成或在建的比较有代表性的充电站有如下内容 。2006 年 ， 比亚迪在深圳总部建成深圳首个电动汽车充电站 。

2008 年 ， 北京市奥运会期间建设了国内第一个集中式充电站 ， 可满足 50 辆纯电动大巴车的动力电池充电需求 。

2009 年 10 月 ， 上海市电力公司投资建成上海漕溪电动汽车充电站 ， 是国内第一座具有商业运营功能的电动汽车充电站 。2009 年底 ， 北京首科集团在健翔桥建设完成了国内第一个包含完整智能微网的北京纯 电动乘用车示范充电站 。

2009 年 12 月 31 日 ， 南方电网投产的首批电动汽车充电站 ( 桩 ) 在深圳建成投运 ， 建设规模为 2个充电站 、134 个充电桩(栓) 。

2010 年 3 月 31 日 ， 国家电网公司唐山南湖充电站建成投运 ， 是我国首座国家电网典型设计充电站 ， 可同时为 10 台电动汽车按快充和慢充两种方式进行充电作业 。

审核编辑：汤梓红