让我们面对现实吧，电动汽车是我们的未来。几乎所有的汽车制造商都已经开发了电动汽车车型，或承诺很快开发新的电动汽车。在内燃机(ICE)统治了100多年之后，制造商们终于放下了过去，开始致力于电动汽车的未来．
他们都说分手很难。但绿色运动、政府法规和购买公众的让步正在推动世界向电动汽车发展，尽管化石燃料继续丰富，ICE也有显著的积极改善。
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障碍
除了汽车制造商需要从基于冰的产品线转换为基于EV的阵容的数十亿美元之外，反对EVS的两个主要参数一直是它们的有限范围和电池充电时间。填充前的典型冰车的范围高达400英里。并且有成千上万的汽油站有助于延长该范围。
大多数电动汽车一次充电行驶100英里都有困难，但配备更好电池的新车型现在可以在充电前行驶200英里以上，而300英里肯定会变得司空见惯。电池的持续发展将在不久的将来提高续航里程。
另一个导致消费者“里程焦虑”的因素是充电站的数量有限。如果附近有足够的充电站，短距离可能是可以接受的。目前有一些，但还不够。为了让电动汽车成为可能，充电站的数量应该相当于我们今天所能拥有的加油站的数量。目前正在努力实现这一目标。
其中一个例子就是福特最近宣布，它已与Electrify America和Greenlots合作开发一个全国电动汽车充电网络。这个名为FordPass的充电网络将由12,000个充电站和35,000个插头组成。这些电站将具有高功率直流充电能力，从而加快充电速度。今天，即使是高压直流，它仍然需要大约30分钟才能完全充电。谁愿意等那么久，因为加一次油很少超过10分钟。
一旦公众充分意识到这些成千上万的快速充电站，电动汽车的销量应该很快就会大幅增长。
更好的电力电子是解决方案
所有这些的主要需要高压直流充电站是低成本、高效的交直流和dc-dc转换器，大大加快充电速度。这些充电器直接连接到汽车的主驱动电池，提供400v或更多的主驱动电机。像这样给电池充电需要很多千瓦的电力。这种充电器被称为三级充电器，直接连接到三相交流电源线上。
汽车行业和SAE (Society of automotive Engineers)已经对电动汽车充电器(通常被称为电动汽车供应设备(EVSE))建立了一些正式定义。的表格总结了这些类型的充电器。
车载1级和2级充电器被称为车载充电器(OBCs)。单或两相家用交流电提供电源。第1级和第2级的充电时间很长，但夜间充电是可以接受的。
3级充电器适用于公共充电站。使用三相电网电源输入，充电时间可以大大缩短。3级充电器直接向电池输送直流。输出在200- 800 v范围内，电流水平高达400 A左右，充电时间大大减少。可以在20分钟内将电池充电到80%的“3级充电器”是未来电动汽车健康发展的解决方案。
直流充电机体系结构
图1显示一个有助于想象3级充电器的通用图。它从电网中取出三相ac，过滤它，然后提供功率因数校正（PFC）。AC被整理到DC。DC-DC转换器开发连接到电池的所需高压DC。嵌入式MCU控制整个东西，包括PFC实现和整流器和转换电路的栅极驱动器。实际电路更复杂。
1.以下是3级充电站的简化图。
图2说明了典型电路。交流输入应用于维也纳整流电路用于PFC以及整流。来自控制MCU的脉宽调制(PWM)开关mosfet，从而进行整流并校正功率因数。
2.该图表提供了充电器从交流电输入到电池电压输出的电路细节。
高压输出并联应用于两个谐振dc-dc变换器，从而产生输出电压，为电池充电。变频器mosfet由单片机发出的PWM信号驱动。全桥电路之间的变压器耦合在输入和输出之间提供了必要的隔离。
注意,在图2输出阶段是并行的。为了扩大输出功率以实现更快的充电，大多数像这样的dc-dc转换器都可以进行堆叠或进一步并联。有了这种安排，可以容纳广泛的功率级别。
实现三级充电器
3级充电器设计的一个好的起点是德州仪器公司的TIDA-010054双主动桥参考设计．图3给出了电路和相关部件，如碳化硅(SiC)栅极驱动器。
3.该原理图显示了TIDA-010054参考设计的完整电路。
这个单相，双主动桥(DAB) dc-dc变换器由这些部分组成。左边是维也纳的高压桥整流器/ PFC (700 - 800 V),右边是电源电路,电池(380 - 500 V)指控。这样的安排允许叠加转换器来实现高功率吞吐量和促进双向操作方式支持电池充电和放电应用程序。
这个设计的一些关键特点是:
- 软切换换向
- 效率在97%到98%的范围内
- 隔离电压和电流感应
- 电隔离
- TI公司的C2000单片机TMS320F280049为数字控制控制器
- 最大输出功率10kw
- SiC MOSFET器件
这些转换器的关键元件是开关晶体管。旧的设计使用双极结晶体管(bjt)，但这些晶体管很快被mosfet所取代。接下来是超级mosfet。这些设备无法处理的，比如所涉及的非常高的电压和电流，可以由igbt处理。
如今的趋势是使用更多功能的SiC mosfet。这些设备可以轻松地管理高达1000v或更高的高电流水平的电压。而且它们切换速度更快(可达100千赫)，具有更低的导通电阻，这有助于提高效率。
充电站设计的趋势是使用能够处理双向潮流的dc-dc转换器。这种安排允许在车辆内灵活安排其他充电和负载供电应用。一个理想的功能是车辆到电网(V2G)模式，它可以让汽车电池将电力发送回电网。
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