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摘要：作为我国新能源产业下的重要组成，电动汽车及其相关产业的地位及其发展前景已经得到广泛的认可，随着我国电动车保有量的不断攀升和电动汽车产能的稳步提高，在纯电动汽车全面布局的黎明前夜，制约其全面替代传统燃油车的技术瓶颈及条件限制更显得愈发突出。要解决这一问题可以从建立能量回收系统、进行充电站的选址优化与合理布局、搭建更便捷高效的充电网络、充电站点与互联网+紧密结合等方法入手，但纠其核心，仍是要以提高充电速度及电池能量密度等关键技术作为攻坚方向。本文针对电动汽车充电技术及能量存储单元技术发展趋势及方向进行探讨及分析，并探索其前景。
0 引言
伴随着十九大的顺利闭幕，“绿色发展”这一概念被提上新的高度，再一次摆在了更加突出的位置，与传统能源石油、煤炭、天然气相比较，电能属于二次能源，其具有传统能源所不具备的诸如绿色环保、来源广泛、传输方便等优点，特别是可以通过水利、光、风能等多种途径取得，同时还可替代石油在能源中的地位，减轻我国石油的对外依赖程度，在国家发展战略层面具有举足轻重的地位。在目前新能源整车定位及其充电配套设施建设布局规划已十分明晰的大背景下，如何利用现有技术成果及在现有技术水平上取得新的突破，实现从普通燃油车到新能源汽车全面普及的平稳过渡，主要面临的“痛点”集中在车辆使用的便利程度、用户使用习惯的转变、续航里程、充电过程体验、电池性能衰减、相较燃油车的费用优势、车辆折旧速度及残值等多个方面，其中充电过程体验及续航里程是面向普通用户最直观、受关注度最高的要素，要实现电动汽车的全面普及，则势必要取得最广泛、基数最为庞大的普通汽车用户，而提高上述要素的使用体验和性能最关键、最核心的着手点就在于提高现有充电技术水平的同时联合电池研发工作进行统一协作和科研工作，使得快速充电技术与电池包能量密度的提高、整体轻量化、电池充放电性能紧密结合，两者协同发展，互为引导，则可使现有成果得到提升，否则抛开任一因素，都会导致由于技术更迭不对等导出现的短板而引起“水桶效应”使得行业整体发展收到制约。
1 大功率充电设备
普遍采用的快速充电设备其是将电网中的三相400V交流电源通过不可控整流及滤波电路将交流电源转变为高压直流电，再通过高频DC/DC变换器，将高压直流电逆变为电动汽车蓄电池能够接受的直流电压，早期的相控式整流电源及不可控整流电源技术已被现有高频开关电源取代。
2 前级PWM变换器参数
从产品设计制造角度入手，上文提到的大功率电动汽车充电设备在设计时，需要考虑的部分包括输入滤波器、功率器件IGBT、直流侧电容、直流侧电压等，由上述装置组合构成三相PWM变换器电路。
2.1 输入滤波器设计
尽管大功率电动汽车充电电源前级采用PWM调制技术，但因有大量的电力电子器件存在于电路，不可避免会导致电路在工作时产生一定量的谐波，必须选择合理的滤波电感，并减小电流畸变率。在抑制谐波电流的基础上，保证电路应还具有良好的响应速度灵敏度，以达到快速跟踪指令电流的目的。
2.2 功率器件IGBT
根据蓄电池的功率可以确定电动汽车充电电源的功率。设电网相电压的幅值为Vm，电网电流幅值Im，同时假设不计系统中开关的损耗和其他损耗，此时暂定电动汽车充电电源输出电源功率150KW，根据能量守恒：
PWM变换器工作时电网电流幅值：
（1.1）
选择IGBT功率器件时，需要考虑电流尖峰的影响，选择时需留2-3倍的裕量。当开关频率过低时，电网侧电流谐波畸变率大，而开关频率过高时，IGBT不仅损耗会显著增大，还会伴随发热，严重时甚至导致IGBT元件烧毁。提升IGBT开关频率，另一方面也就意味着，系统需要更高的控制频率匹配，对控制器的计算能力和处理数据速度也提出更高的要求。
2.3 直流侧电压要求
根据PWM调制原理分析，要消除抑制电网中的低次谐波，意味着前级变换器整流输出的直流电压
必须大于电网最大相电压基波峰值的
倍，即：
（1.2）
PWM控制要求根据三相变换器运行于不同状态，即运行于整流或逆变时，对输入端最大相电压基波峰值有不同的要求。在一定范围的直流电压
条件下，不同的控制方案将会导致最大基波线电压峰值
发生变化。
当采用PWM调制时，有：
（1.3）
如将式（1.1）带入式（1.2），得到：
（1.4）
由此，可根据该推导结果并结合IGBT功率模块实际耐压值，同时考虑充电接口、充电枪及一系列后端充电设备装置的耐压等级、爬电间隙及继电保护装置综合考量，从而进一步提高电动汽车充电电源的容量。
2.4 直流侧电容器
直流侧电容作为三相PWM变换器系统的储能元件，也是三相PWM变换器系统的核心元件，要保证变换器工作在正常状态，选择合适的电容值就显得至关重要。
3 后级DC/DC变换器
3.1 DC/AC功率器件
之前提到在选择IGBT功率器件时，一般留有裕量。同时考虑到在整个系统运行时，受浪涌电流和冲击电流的影响，再考虑模块的通用性和适用性，综合多个方面的性能指标。一般情况下可继续沿用前级同型号同规格IGBT，或与前级IGBT保持一致。
3.2 高频变压器
高频变压器作为电动汽车充电机中的核心，变压器的变比直接决定了输出电压和原边电流，而在这之中原边电流又直接决定了整个电源的损耗和开关管的电流应力。
3.3 后级AC/DC功率模块
通过AC/DC整流后，现行产品电充电电源给电池包充电电压普遍落于为200～900V区间，选择电力电子功率器件时，现阶段产品中单管IGBT耐压等级为600V、650V、1200V。除此之外，为保证电能输出质量和稳定性，减小输出电压的纹波及电流的纹波，还需在系统中加设输出滤波电容及电感。
4 结语
通过分析现行主流大功率充电机功能单元、内部结构及其工作原理，探讨了其迈向容量更大，可靠性更靠、使用维护简便的未来发展可能性，随着电力电子技术的不断发展与突破，为电动汽车突破功率限制，走向更成熟、更便捷、更快速的产品体验提供了无限可能。
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作者简介：
李玉冰（1991-），男，内蒙古自治区呼伦贝尔市人，民族：汉族 职称：初级工程师 学历：本科 研究方向：电气工程及其自动化
论文作者:李玉冰
论文发表刊物:《基层建设》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/15
标签：变换器论文; 电流论文; 电动汽车论文; 功率论文; 电源论文; 电压论文; 电网论文; 《基层建设》2018年第1期论文;