解决电动汽车充电基础设施的设计挑战

我们高速公路上的电动汽车 (EV) 数量不断增加，需要大幅加快充电基础设施的部署来为其提供支持，这为该设备的原始设备制造商 (OEM) 创造了巨大的机会。然而，就电动汽车充电而言，一种方法并不适合所有情况。充电站设计者必须考虑输送到充电站的交流电是否会转换为直流电或保留交流电，以及该充电站是用于家庭还是商业用途。他们还必须考虑该位置所需的接口类型、监控和通信功能。本博文回顾了其中一些功能，并展示了 Microchip 的综合系统解决方案如何结合广泛的硬件、软件和先进材料组合，

图 1：电动汽车充电站

家庭充电站

1 级交流家用充电器通常称为电动汽车供电设备 (EVSE)，采用 120V（美国）或 240V（欧洲和中国）电源供电，消耗电流高达 15A。由于电压和电流水平较低，其最大功率小于 2 kW，这意味着充电时间较长。1 级充电器的主要优点是它们可以通过现成的国内插座进行操作并且价格便宜。

2 级交流家用充电器的工作电压为 208 至 240V，从额定功率为 7 kW 的专用电路汲取高达 80A（但通常为 32A）的电流。2 级充电器的主要优点是缩短充电时间，使电动汽车能够在一夜之间充电至 100%。

商业充电站

商业或公共交流充电器与 2 级家用充电器类似，但支持更高的充电电流（高达 50A）。此外，它们还支持 RFID 卡、信用卡等支付选项以及 ISO15118 即插即充等其他选项。交流商用充电器通常包括通过开放充电点协议 (OCPP) 进行远程管理的功能。它们也更有可能配备大型集成触摸屏来显示支付选项、计量其他信息和充电器相关信息等信息。

直流快速充电站

3 级直流快速充电器绕过电动汽车中的车载充电器，使用电池管理系统直接为电池充电。这种方法可显着提高充电速率，此类充电器的输出功率水平通常为 50 至 350 kW。常见的输出电压为 400–800V，新型电动汽车趋向于使用 800V 电池。由于 3 级直流快速充电器必须将三相交流电压转换为直流电压，因此它们包括一个交流-直流功率因数校正前端和一个隔离式直流-直流转换器，用于将 PFC 输出连接到电动汽车的电池。此外，常常将多个电源模块并联以实现更高的输出功率。直流快速充电器的主要优点是显着缩短充电时间，只需 30-45 分钟即可将电动汽车的电池充满。

无线充电

基于感应技术并能够提供数千瓦功率的无线系统将成为电动汽车充电领域中越来越重要的一部分，带来消除昂贵的布线和更灵活的安装选项的优势。

高效电动汽车充电站的附加功能

除了向电动汽车电池供电之外，实用的电动汽车充电站还需要支持功能。其中一些包括：

• 人机界面 (HMI)：充电站需要显示屏，以便用户进行付款和选择充电选项。
• 安全：电动汽车越来越受欢迎，但网络威胁的数量也在增加。电动汽车充电站的漏洞，包括缺乏加密和用户身份验证，使得它们很容易受到试图窃取用户机密支付信息的黑客的攻击。
• 连接性：充电站需要通信连接，根据位置的不同，充电站可以是有线或无线的。

图 2：电动汽车充电器参考架构

Microchip 的综合系统解决方案简化了 OEM 的电动汽车充电器设计

Microchip 非常适合为设计电动汽车充电器的 OEM 提供整体系统解决方案，提供所需组件的“一站式商店”以协助硬件和软件集成。其中包括用于电力传输的碳化硅器件 (SiC) 功率器件、用于数字电源控制的dsPIC ^®数字信号控制器、用于充电站显示器的maXTouch ^{®技术、用于支付安全的安全元件以及用于连接的以太网解决方案。}我们还可以提供设计预认证的应用支持和指南。通过利用我们引人注目的行业领先组件、系统级解决方案和经过验证的专业知识，原始设备制造商可以比单独行动更快地将电动汽车充电设备推向市场。