上海贝岭在汽车直流充电桩充电模块应用的产品解决方案

一、概述

随着新能源汽车技术的快速发展，终端应用渗透率正迅速提高，在可预见的未来，整个新能车市场的规模将会持续扩大，迈向规模化、高质量发展阶段。充电桩作为新能源汽车产业链的重要一环，加快充电桩配套设施的建设和完善对于缓解补电焦虑，推动电动汽车更深层次的普及至关重要。为了适应用户快速、安全的充电需求，提升充电桩的功率等级和效率是其发展的主流方向。

二、直流充电模块工作原理及拓扑结构

直流充电桩与电网连接，经过整流升压后，输出可调直流电给动力电池进行充电，具备调压范围宽、输出功率高，充电速度快等特点，得到了广泛应用，其整体结构框图如图1所示。功率部分由多个直流充电模块并联构成，随着直流充电桩功率的持续提高，其充电模块的功率等级亦随之增大，从主流的20kW/30kW逐步提升至40kW/50kW及以上。其系统框图如图2所示。

图1 直流充电桩结构框图

资料来源：充电桩热设计问题思考

图2 直流充电桩系统框图

直流充电模块的功率回路由AC/DC、DC/DC两部分组成。AC/DC部分连接电网侧，用于整流和功率因素校正；DC/DC部分输出可调直流电压，满足不同类型电池的充电需求。

图3 直流充电模块结构图

典型的单向直流充电模块的拓扑结构如图4所示。AC/DC部分采用三相维也纳PFC，该拓扑可以有效降低功率器件电压应力，开关频率较高，有效降低磁性器件体积，提升系统的功率密度。DC/DC部分采用原边串联、副边交错并联的LLC拓扑，可以实现原边ZVS和副边的ZCS，降低系统损耗，提升充电效率。

图4 直流充电模块典型拓扑结构

随着V2G、V2X等技术的发展，直流充电桩需要实现能量的双向流动，助力新能源行业更高质量发展。典型的双向拓扑结构如图5所示，前后级均可使用1200V的功率器件。此应用中，高压MOSFET将会展现出优异的器件特性。

图5 双向直流充电模块典型拓扑结构