基于直流的架构对电动汽车充电基础设施有何用处？

本文介绍了直流架构，并讨论了其对电动汽车充电基础设施的优缺点。最后还提供了一个案例研究，探讨了该架构对电网总谐波失真的影响。  

什么是用于电动汽车充电的直流架构？

直流架构由单个交流-直流转换器组成，该转换器连接到输出端的公共直流总线。从公共直流总线，借助每个充电点的专用直流-直流转换器，可以派生出多个电动汽车充电点。 

图 1 说明了通过变压器从电网获取电源的架构概念。如果变压器能够承受负载，则可以扩展三个充电点。

基于直流的架构有几个优点，其中一个显著特点是转换级减少。然而，这种架构也存在一些缺点。 

图 2评估了该架构的优缺点，后面附有简要说明。

直流架构如何帮助电动汽车充电基础设施？

• 组件数量更少：直流架构通常需要的组件比交流系统少，交流系统包括整流器、逆变器、变压器和其他辅助设备。通过消除其中一些组件，直流充电系统可以更紧凑、更经济高效，并且更易于安装和维护。

  
  

• 降低频率波动：基于直流的架构涉及更少的转换阶段，与交流系统相比，有助于降低频率波动并表现出更低的阻抗。

  
  

• 效率高、功率密度更高：由于转换阶段更少、损耗更低，直流充电系统比交流充电系统效率更高。这种更高的效率意味着更高的功率密度，这意味着在给定的充电基础设施体积或占地面积内可以提供更多的电力。

  
  

• 直接与光伏和储能系统集成：光伏电池板产生直流电，储能系统以直流形式存储电能。使用直流架构可以更轻松地直接连接这些组件，从而提高效率并减少与多次转换相关的损耗。

  
  

• 简单的控制策略：与交流系统相比，直流架构的控制策略通常更简单。由于涉及的转换阶段和组件较少，控制算法可以简化，从而更易于实施和维护。

这种架构是否存在相关缺点？

• 单个交流-直流转换器的可靠性问题：基于直流的架构依靠单个交流-直流转换器进行功率转换。因此，风险很高，转换器故障可能导致架构完全关闭。

  
  

• 高资本投入：与交流系统相比，实施直流架构通常需要大量前期投资。这是因为需要专用设备，例如直流充电器、直流-直流转换器和储能系统。

  
  

• 保护挑战：直流架构可能带来与过流、过压和其他保护问题相关的挑战。由于直流系统的工作电压和电流高于交流系统，因此确保采取足够的保护措施对于防止设备损坏和确保用户安全至关重要。

  
  

• 技术不成熟：与传统的交流充电系统相比，直流充电架构仍然相对较新且不太成熟。这可能会导致长期性能、可靠性以及与不断发展的标准和法规的兼容性方面存在更大的不确定性。

  
  

• 兼容性有限：直流充电系统与现有的交流基础设施和车辆的兼容性可能有限。这可能会限制互操作性，并需要改造或更换现有基础设施以适应直流充电。

案例研究

基于一项研究，让我们看看在直流架构的不同变压器配置下，电动汽车电池充电过程中 THD 会受到怎样的影响。在两种情况下观察到电压和电流 THD：第一种是当公共直流总线满载 10 辆电动汽车时，另一种是当负载 5 辆电动汽车时轻载时。 

图 3 表示电压 THD， 图 4 表示四种变压器配置下两种情况下的电流 THD 百分比。

以下是从这两张图表中得出的一些观察结果：

1.两种情况下，四种配置的电压 THD 都高于电流 THD。 

2.除满载情况下的电压 THD 外，四种变压器配置中的电压和电流 THD 几乎相同。

3.有趣的是，星型配置在满载和轻载总线条件下分别具有最高和最低的电压 THD。

文章转载自微信公众号：汽车研究院auto