通信電源看充電樁設(shè)計(jì)的優(yōu)化

　　近年來，我國新能源汽車生產(chǎn)銷售快速增長，軌道交通領(lǐng)域用到的新能源也不斷的加多。中央、地方各項(xiàng)扶持政策的協(xié)同效果得以充分發(fā)展。私人消費(fèi)市場升溫，市場上的新能源車輛性能日趨成熟，產(chǎn)品種類、數(shù)量日益增加，尤其在最近呈現(xiàn)近乎井噴的發(fā)展趨勢。數(shù)據(jù)顯示，2015年上半年，我國新能源汽車生產(chǎn)76223輛，銷售72711輛，同比增長分別為2.5和2.4倍，且已經(jīng)超過去年全年總和;上半年，中國新能源汽車銷量超過美國，成為全球新能源汽車第一大市場。

　　隨著保有量的增加，之前未能引起重視的問題也開始逐漸顯現(xiàn)，近期新能源汽車暴露出了越來越多的隱患。7月23日，由于電池老化超負(fù)荷，廈門東渡南通道公交場站內(nèi)公交車起火，造成8輛公交車被燒毀、3輛公交車被燒壞、一人死亡的悲劇;4月26日，深圳灣口岸中國普天力能加電站，一輛大巴起火，調(diào)查報(bào)告顯示是由于電池過充引起;14年6月26日，正是上班高峰，合肥市一輛電動(dòng)公交車在行駛中突然起火，所幸未造成人員傷亡。

　　目前，新能源汽車正處于發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，其安全問題不僅涉及到人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，也關(guān)系到戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展大局。工信部近期發(fā)文嚴(yán)查新能源汽車安全隱患，旨在從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造生產(chǎn)、運(yùn)行使用、回收報(bào)廢等環(huán)節(jié)層層把關(guān)，以確保新能源汽車安全運(yùn)行與健康發(fā)展。

　　作為新能源從業(yè)者，我們不能只考慮自身利益，國家政策扶持就一窩蜂的撲上，政策消失了又作鳥獸散。既然身居此位，我們理應(yīng)未雨綢繆，借鑒其他成熟領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)，從每個(gè)環(huán)節(jié)入手，舉一反三、排除隱患，為新能源汽車行業(yè)發(fā)展做出自己的貢獻(xiàn)。

　　言歸正傳，筆者在電力電子領(lǐng)域尤其是通信行業(yè)摸爬滾打多年，最近也在持續(xù)關(guān)注新能源汽車，發(fā)現(xiàn)目前快速發(fā)展的電動(dòng)汽車充電樁與通信行業(yè)應(yīng)用了近20年的開關(guān)電源系統(tǒng)有諸多相似之處，但是由于充電樁相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)尚未出臺(tái)，且應(yīng)用甚少，一些問題還尚未顯現(xiàn)，我們可以借助通信電源的成熟經(jīng)驗(yàn)使充電樁少走技術(shù)上的彎路。

　　直流充電樁與通信開關(guān)電源的核心原理都是AC轉(zhuǎn)DC，核心器件都是高頻開關(guān)整流器，簡稱整流模塊。兩個(gè)系統(tǒng)組成均包含結(jié)構(gòu)件、交流配電、整流模塊、監(jiān)控模塊、防雷組件、直流配電等，此外直流充電樁還要考慮絕緣檢測問題。從應(yīng)用上看，直流充電樁作用是為電動(dòng)汽車電池充電，相當(dāng)于通信開關(guān)電源工作的一部分——基站后備蓄電池充電。兩者有以下幾點(diǎn)不同之處：

　　1.從工作時(shí)間上看，開關(guān)電源需要24小時(shí)不間斷工作;直流充電樁只需要在充電時(shí)工作，現(xiàn)階段的利用率不足50%甚至更少。

　　2.從帶載率上看，開關(guān)電源絕大部分時(shí)間僅在40%——60%，只有在電池均充時(shí)帶載率短暫達(dá)到80%，系統(tǒng)存在冗余備份;直流充電樁絕大部分時(shí)間超過60%，甚至超過90%，系統(tǒng)沒有冗余。

　　3.從輸出電壓看，開關(guān)電源額定輸出為48V，且絕大部分時(shí)間都在此等級(jí)工作，極少變化;直流充電樁隨著充電過程的進(jìn)行電壓不斷升高，輸出電壓從300V—700V不等，不斷變化。

　　4.從工作環(huán)境看，無論是用在宏基站、數(shù)據(jù)中心內(nèi)還是被置于戶外機(jī)柜中，開關(guān)電源工作于無塵、恒溫恒濕的極佳環(huán)境中，溫濕度由空調(diào)保障;相比之下直流充電樁環(huán)境要惡劣得多，絕大部分暴露在室外，粉塵、溫度、濕度都沒有太好的保障。

　　5.從系統(tǒng)組成看，一套開關(guān)電源系統(tǒng)模塊數(shù)量在10-30個(gè)不等，基站電源以12個(gè)模塊(600A系統(tǒng)，單個(gè)模塊50A)居多，數(shù)據(jù)中心內(nèi)分立式電源15——30不等(依負(fù)載容量1500A——4000A,單個(gè)模塊100A);單套充電樁系統(tǒng)模塊數(shù)量在2——24不等(目前應(yīng)用最廣泛的60KW系統(tǒng)絕大部分為4個(gè)模塊)。

　　通過以上幾點(diǎn)不難看出，直流充電樁高功率輸出時(shí)間長，且工作環(huán)境惡劣，因此充電樁系統(tǒng)優(yōu)化工作的第一步——提高系統(tǒng)整體穩(wěn)定性要從這兩方面著手。

　　其次，從直流充電樁的使用過程看，直流樁要根據(jù)車載BMS的指令來決定輸出電流、電壓，而BMS的指令通常是先恒流、再恒壓，從實(shí)際應(yīng)用角度，滿功率輸出范圍越寬，充電越快，這也是充電樁運(yùn)營商和車主希望看到的。

　　綜上，對充電樁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，筆者從幾個(gè)方面提出個(gè)人想法。

　　一是模塊功率的選擇，借鑒通信電源成熟經(jīng)驗(yàn)，單系統(tǒng)模塊選擇在10個(gè)左右或以上是比較合理的做法，系統(tǒng)可用模塊數(shù)量多，單模塊失效對整體影響不大，系統(tǒng)整體可用性必然高，也可以效仿通信電源在設(shè)計(jì)之初即考慮冗余。

　　系統(tǒng)可用性提高，車主層面不需要承擔(dān)因?yàn)橄到y(tǒng)可用性降低帶來的充電時(shí)間延長的風(fēng)險(xiǎn)，充電樁運(yùn)營商也不需要承受系統(tǒng)故障帶來的經(jīng)濟(jì)損失，維護(hù)人員也不需要極速響應(yīng)，可謂一舉奪得。

　　最重要的是，目前整個(gè)充電樁市場處于高速發(fā)展階段，廠家魚龍混雜、技術(shù)參差不齊：某知名充電樁企業(yè)，模塊來料合格率不足95%;某知名廠商模塊故障率高達(dá)40%以上。這種情況對模塊數(shù)量少的系統(tǒng)更是滅頂之災(zāi)，因此，對于系統(tǒng)模塊數(shù)量的定義需要重新審視。

相關(guān)的更多新能源電源應(yīng)用領(lǐng)域方面的知識(shí)可點(diǎn)擊:產(chǎn)品應(yīng)用 欄目了解