Бестрансформаторные быстрые зарядные устройства постоянного тока – подробное руководство

Бестрансформаторные быстрые зарядные устройства постоянного тока исключают высокочастотный разделительный трансформатор на этапе регулирования постоянного тока, используя неизолированную топологию повышающего/понижающего преобразователя, многоуровневого преобразователя с чередованием уровней или преобразователя с частичной мощностью (PPC). Они используют системное защитное заземление, контроль изоляции и схемы подавления синфазных помех вместо электрической изоляции трансформатора, что обеспечивает такие преимущества, как более высокая эффективность, меньшие габариты корпуса, снижение стоимости материалов и упрощенная конструкция системы теплоотвода.

Бестрансформаторные быстрые зарядные устройства постоянного тока — это неизолированное высокомощное устройство для быстрой зарядки электромобилей. Оно исключает использование трансформатора промышленной/высокочастотной частоты для электрической изоляции в традиционных топологиях быстрой зарядки постоянного тока, тем самым устраняя дополнительные габариты, вес и потери мощности, вызванные трансформатором. Пиковая эффективность может достигать 99,5%, а удельная мощность значительно выше, чем у традиционных изолированных устройств быстрой зарядки.

Несколько ветвей понижающего/повышающего напряжения чередуются и соединяются параллельно, используя индукторы для накопления энергии для достижения повышающего/понижающего напряжения, подходит для гибридных автомобилей 400 В/800 В;

Преимущества: Простое управление, низкая стоимость, встроенная поддержка двунаправленной зарядки и разрядки V2G;

Недостатки: Высокая нагрузка на переключающие транзисторы, требующие использования SiC-транзисторов на 1200 В/1700 В.

Шина постоянного тока разделена на верхнюю и нижнюю половины, что вдвое снижает допустимое напряжение отдельных транзисторов и позволяет использовать недорогие транзисторы на 650 В с карбидом кремния;

Преимущества: Низкие потери при переключении, высокая эффективность при полной нагрузке, низкий нагрев, подходит для тяжелых грузовиков и высокоскоростной непрерывной работы при полной нагрузке на больших расстояниях;

Недостатки: Большое количество переключающих транзисторов, сложный алгоритм балансировки напряжения нейтральной точки.

Большая часть мощности напрямую отводится в обход, и только 20–30% мощности регулируется LC-цепью;

Преимущества: Общая эффективность может достигать более 98%, чрезвычайно низкое тепловыделение и максимальная плотность мощности;

Недостатки: Сложности в согласовании параметров схемы, высокий порог научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, в основном используется в высокотехнологичных проектах V2G, экспортируемых в ЕС.

Устранение потерь в меди и железе трансформатора повышает эффективность при полной нагрузке на 1-2 процентных пункта; высокоскоростные электростанции с высокой пропускной способностью потребляют миллионы кВт·ч в год, что приводит к значительной долгосрочной экономии энергии.

Устранение тяжелого высокочастотного трансформатора уменьшает толщину модуля и общий размер корпуса на 30-50%, что позволяет установить больше зарядных терминалов в одном распределительном помещении, что подходит для компактных городских парковок.

Устранение листов кремниевой стали трансформатора, высокотемпературной эмалированной проволоки и изоляционных компонентов снижает общие производственные затраты на 12-20%.

Традиционные трансформаторы LLC имеют ограниченный диапазон усиления напряжения, что делает их склонными к дросселированию мощности при полной нагрузке в транспортных средствах 800 В; Бестрансформаторная повышающе-понижающая топология обеспечивает диапазон регулировки напряжения 200-900 В, совместимый с легковыми автомобилями на 400 В и большегрузными автомобилями на 800 В.

Управление изолированным двунаправленным трансформатором CLLC является сложным и дорогостоящим процессом; бестрансформаторные топологии естественным образом поддерживают двунаправленный поток энергии, что делает их подходящими для проектов зарядки фотоэлектрических систем и виртуальных электростанций (VPP) для всего парка транспортных средств.

Непрерывное тепло, выделяемое трансформаторами, является одним из основных источников тепла для разделительных свай. Бестрансформаторные решения приводят к меньшему общему повышению температуры, замедлению старения вентиляторов и силовых модулей, а также снижению частоты технического обслуживания.

Новые высокоскоростные станции быстрой зарядки мощностью 350 кВт с жидкостным охлаждением и крупные логистические депо для парков тяжелых грузовиков;

Необходимы модульные зарядные устройства, поддерживающие технологию V2G и соответствующие требованиям AFIR, для экспорта в ЕС и Австралию;

Городские коммерческие зарядные станции с ограниченным пространством и ограниченными возможностями размещения шкафов;

Депо, работающие с высокой пропускной способностью и полной загрузкой круглосуточно, с целью долгосрочной экономии энергии и снижения затрат;

Комплексные центры пополнения энергии для смешанных моделей транспортных средств 400 В/800 В.

Показатель сравнения	Трансформаторное быстрые зарядное устройство постоянного тока	Изолированное быстрые зарядное устройство LLC
Основные магнитные компоненты	Только малые силовые индукторы; без высокочастотного изоляционного трансформатора	Большой высокочастотный резонансный трансформатор
КПД при полной нагрузке	97,2–98,1%	95,5–96,8%
Объем шкафа / плотность мощности	Объем меньше на 30–50%	Шкаф крупнее, трансформаторы занимают значительное внутреннее пространство
Стоимость оборудования	Низкая (сэкономлены материалы трансформатора)	Высокая, трансформаторы составляют большую долю общей стоимости
Совместимость с высоковольтной платформой 800 В	Широкий диапазон напряжения без ограничений мощности	Ограниченное усиление напряжения, склонность к снижению мощности при высокой температуре
Двусторонняя функция V2G	Нативная поддержка, простое управление	Сложная двусторонняя топология CLLC с высокой надбавкой к цене
Зависимость безопасности	Тройная защита: полное заземление + IMD + подавление синфазных помех	Естественная гальваническая изоляция трансформатора, мягкие требования к заземлению
Стоимость гражданских работ на станции	Строгие стандарты заземления, высокие инвестиции в строительство	Простое заземление, низкие затраты на гражданские работы

При закупке оборудования и строительстве объектов необходимо комплексно подбирать оборудование, исходя из системы электроснабжения объекта, условий заземления, типа транспортного средства и необходимости развертывания услуг V2G: для новых стандартных крупных объектов приоритет следует отдавать бестрансформаторным модульным штабелерам; для старых, разрозненных объектов с ограниченными возможностями реконструкции целесообразнее продолжать использовать проверенные изолированные решения LLC.