更高的充电功率对电动汽车直流系统意味着什么

电动汽车充电正迈入高功率阶段。

公共充电基础设施正在不断扩建，快速和超快速充电器在新安装的充电器中占比越来越大。新型电动汽车平台也在朝着更高的电池电压发展，800V 甚至 1000V 的架构已经进入市场。

对于充电设备而言，这一发展带来了一个相当简单的问题：当充电功率增加时，会发生什么变化？

答案不仅仅是换一个功率更大的电源转换器。

电压和电流同步变化

充电功率取决于电压和电流。提高系统电压可以在降低电流的情况下提供相同的功率。

例如，在 400 伏电压下输送 350 千瓦的功率需要大约 875 安的理论电流。在 800 伏电压下，电流会降低到大约 438 安。

这一点很重要，因为电流直接影响导体损耗和发热。因此，在相同功率水平下，更高的电压有助于减少充电路径中的损耗。

但降低电流并不能消除电气方面的挑战。充电系统仍然需要在其供电路径上承受更高的直流电压，包括开关器件、保护元件、母线、连接器和绝缘系统。

直流电源路径变得越来越重要

大功率充电器在功率转换阶段和车辆之间包含多个组件。

当前回路可能包含母线、电缆、连接器、接触器、熔断器和其他保护或开关装置。它们的额定值不能单独考虑，因为系统中某一部分的运行条件会影响其他部分的额定值。

例如，电动汽车充电系统中使用的直流接触器需要在满足所需电压和电流要求的同时，还能处理实际应用中的开关条件。

直流熔断器也同样如此。额定电流固然重要，但只是选型过程的一部分。系统电压、可用故障电流、分断能力、温度和安装条件也需要考虑。

随着充电设备功率不断提高，这一点变得越来越重要。

热管理仍然至关重要。

提高系统电压有助于在给定功率水平下降低电流，但散热仍然是一个重要的考虑因素。

充电系统中存在各种功率损耗，包括连接点、导体、开关元件和功率转换阶段。持续高功率运行会加剧这些损耗，尤其是在紧凑型充电设备内部。

这也是为什么散热已成为大功率充电设计的重要组成部分。

在某些应用中，充电线本身需要主动散热，以便在不增加线缆过重或使用不便的情况下承受极高的电流。充电器内部的电力电子元件和其他发热元件也需要在规定的温度范围内运行。

因此，元件选择必须考虑实际的热环境，而不仅仅考虑标称电压和电流额定值。

保护要求随系统而变化

高功率直流系统也需要仔细考虑故障保护。

充电系统需要在隔离受影响电路的同时，对短路和其他异常情况做出适当响应。熔断器、接触器和其他保护装置需要在系统的电压和故障条件下正常工作。

对于高压架构而言，这一点尤为重要，因为随着系统电压的升高，直流故障中断的要求也越来越高。

因此，保护​​设计需要与电气架构一起考虑，而不是作为单独的元件选择步骤来处理。

超过 800V

800V 已成为高性能电动汽车平台的重要参考点，但该行业已经开始超越它了。

1000V乘用电动汽车平台正在进入市场，同时，超快速和兆瓦级充电技术也在开发中，以满足那些需要缩短充电时间的应用需求。

对于乘用车而言，充电性能将越来越取决于车辆和充电基础设施的协同工作情况。

对于商用车辆和电动卡车而言，充电要求可能更高。兆瓦级充电技术正在为重型应用开发，因为更短的充电时间会直接影响车辆的利用率。

随着这些系统的发展，直流电源路径将需要适应更高的电压、更高的连续电流、更苛刻的热条件和日益复杂的保护要求。

直流系统整体设计

电动汽车充电速度的提升不仅仅改变了充电器的功率。

电压等级、电流、热工况、开关性能和故障保护密切相关。直流接触器和熔断器等元件的选择需要根据充电系统的实际运行工况，而不能仅仅依据额定值。

对于电动汽车充电设备制造商而言，随着充电功率的不断提高，这种系统级方法将变得越来越重要。