电动汽车 (EV) 充电基础设施由多个单独的电源管理组件组成。直流电力电子器件是电源管理的核心，而充电控制器则协助直流电力电子器件进行正确控制。直流和交流电表的作用远比人们想象的要大，同时本常见问题解答中还讨论了冷却装置和充电电缆。
图 1将所有电源管理组件整齐地放在一张图中。当我们专门讨论电动汽车充电中的电源管理时，可以理解的是，我们指的是直流快速充电应用，就像本例一样。
图 1.电动汽车大功率充电基础设施的主要组件：1. 充电器；2. 充电电缆；3. 冷却装置；4. 直流充电控制器；5. 直流电力电子和配电；6. 直流电能表。（图片：Phoenix Contact）
下面，我们讨论电动汽车充电站中的电源管理组件。
直流电力电子
虽然直流电是交流电之外的主要电力交换形式，但电力电子中使用的几种类型的转换器涉及交流和直流。电动汽车充电站中的电力电子转换器类型包括：
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DC-DC、AC-DC（整流器）
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直流-交流（逆变器）
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交流-交流（循环变换器）
图 2显示了每种转换器类型中的各种电力电子拓扑。DC-DC 转换器占据了大多数拓扑，因为直流电源最终用于为电动汽车电池充电。 在这些 拓扑中，隔离配置的传统全桥、反激式和推挽式转换器非常适合大功率直流快速充电应用。
交流-直流转换器是下一个优先考虑的因素，其应用领域包括1 级和 2 级充电站。一旦交流转换为直流，直流-直流转换器就会再次发挥作用。但是，低压直流-直流转换器（例如传统的降压、升压和降压-升压转换器或两级 SEPIC、CUK 和 Zeta 转换器）很有用。
图 2.电动汽车充电站可采用的不同电力电子拓扑分类。 （图片：IEEE）
在 V2G 充电期间，直流-交流转换器可以将电源从电动汽车反馈回电网。飞跨电容器和级联 H 桥逆变器已广泛用于此目的，因为它们支持高压应用。交流-交流转换器在优先级列表中最低，在电动汽车充电站中，它们的使用非常有限，几乎为零。
直流充电控制器
如图3所示，充电控制器的主要目的是充当闭环反馈系统来协调充电目的。协调充电的方式是根据电池的充电状态和温度来控制电压和电流。
图 3.电动汽车充电装置的框图，突出显示了充电控制器的作用。（图片：MDPI）
直流充电控制器有多种用途，包括远程管理、多连接器支持、电网集成以及数据收集和监控。软件可以支持充电控制器，这样随着对更高功率水平的需求增加和新充电标准的发展，整个电动汽车充电基础设施都可以通过软件进行更新。
直流和交流电能表
直流和交流电表有助于准确测量和监控电动汽车充电期间的能耗。电表的目的不仅仅是显示仪表读数，还可以优化能源分配，因为这些电表正变得越来越“智能”。
直流电能表是3 级充电站不可或缺的部分，可为电动汽车提供直流电源（图 4）。电能表有助于计费和监测电能质量，检测可能影响充电站和电网的谐波失真等问题。
交流电表通常用于 1 级和 2 级充电站，这些充电站依靠电网提供的交流电（图 4）。一些先进的交流电表可以记录历史数据，从而可以详细分析能源使用模式。这些数据还可以帮助确定高峰使用时间并优化充电计划，以降低成本并提高电网稳定性。
图 4.用于电动汽车充电的直流和交流电能表线路图。（图片：Acrel Co., Ltd）
电源冷却装置和充电电缆
电源冷却装置和充电电缆内置热管理功能。当电动汽车能够输入更多电力时，这种热管理功能可间接帮助进行电源管理。
塑料管为大功率电动汽车充电站散热提供了一种有效的解决方案（图 5 (a)）。塑料管重量轻、耐腐蚀、耐磨、流动阻力小、设计紧凑，是理想的选择。冷却剂可轻松流过这些管道，有效地带走电动汽车充电站的热量。
另一种冷却方法如图 5 (b)所示，是使用散热器，并可在散热器上安装冷却风扇。虽然散热器占用了足够的空间，但从电力电子热管理的角度来看，它是一种行之有效的散热方法。
图 5.电动汽车充电站的电源冷却装置，使用：（a）塑料管；（b）专用冷却系统。 （图片：E-Motec.net）
考虑热管理时，充电电缆是电动汽车充电站的最后一个接触点。图 6显示了一个例子，其中直流充电电缆上使用液体冷却剂来消散连接器处的热量。因此，当温度保持在允许的限度内时，高功率会继续流入电动汽车。
图 6. CCS 连接器的横截面显示直流充电电缆使用液体冷却（红色）。（图片：Phoenix Contact）
概括
随着电动汽车充电基础设施的发展，电源管理元件的范围也在不断扩大。上述元件构成了电动汽车充电基础设施电源管理的核心。然而，主断路器和通信技术（如 PLC、接线端子和连接器）也是电源管理的一部分。它们的主要作用不是电源管理，而是保护和电源布线。
电动汽车充电基础设施也变得越来越“智能”，这意味着物联网、远程控制和其他智能功能正逐渐成为其中不可或缺的一部分。
文章转载自微信公众号：汽车研究院auto