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一种新颖且简单的集成式车载充电器用于电动出行
A Novel and Simple Integrated On-Board Charger for E-Mobility
| 作者 | Ashraf Ali Khan · Daniel Afriyie · Mohammad Al Saaideh · Shehab Ahmed |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Electronics |
| 出版日期 | 2024年9月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | 储能系统 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 电动汽车 集成充电器 成本降低 尺寸减小 微出行应用 |
语言:
中文摘要
本文介绍了一种新型的电动汽车(EV)集成充电器。与传统充电器不同,该充电器可无缝利用电机驱动系统的电机和逆变器进行充电,无需外部充电器以及额外的半导体元件或控制电路。这种创新方法不仅降低了成本,还能减小电动汽车的整体尺寸。与传统集成充电器不同,所提出的充电器无需接入电机中性点,也无需对电机绕组进行任何重新配置。此外,它在充电过程中不会产生转矩,这使其对电动汽车尤其具有吸引力,特别是在微出行应用中。而且,该充电器的元件数量较少,开关承受的电压应力较低,且不存在浪涌电流问题。本文还对所提出的充电器进行了全面分析,并给出了仿真和实验结果。此外,该充电器已在一款单电机驱动的电动滑板车上成功实现并进行了测试,该电动滑板车的输入电压为110 Vrms/60 Hz,输出电压为28 V,输出功率为250 W,开关频率为50 kHz。
English Abstract
This article introduces a novel integrated charger for electric vehicles (EVs). Unlike conventional chargers, this charger seamlessly utilizes the motor and inverter of a motor drive system for charging purposes, eliminating the need for external chargers and additional semiconductor components or control circuitry. This innovative approach not only reduces costs but can also minimize the overall size of EVs. Unlike traditional integrated chargers, the proposed charger does not require access to the motor's neutral or any reconfiguration of its windings. Additionally, it operates without generating torque during the charging process, making it particularly appealing for EVs, especially in micromobility applications. Moreover, it has fewer components, has low voltage stress on switches, and does not have an inrush current issue. A comprehensive analysis, simulations, and experimental results of the proposed charger are presented. Furthermore, it has been successfully implemented and tested on a one-motor drive electric scooter with an input voltage of 110 Vrms/60 Hz, output voltage of 28 V, output power of 250 W, and a switching frequency of 50 kHz.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项集成式车载充电技术展现出值得关注的创新价值,尤其在我们拓展电动汽车充电解决方案和微出行领域具有战略意义。
该技术的核心优势在于充电系统与电机驱动系统的深度集成,无需额外的半导体器件和控制电路,这与阳光电源在逆变器领域追求的系统集成化、小型化理念高度契合。论文提出的方案无需访问电机中性点、无需重新配置绕组,且充电过程中不产生转矩,这些特性显著降低了系统复杂度和成本,对于我们开发面向微出行市场(电动滑板车、电动自行车等)的充电解决方案具有直接参考价值。
从技术成熟度评估,该方案已在250W功率等级的电动滑板车上完成实验验证,属于中低功率应用场景。对于阳光电源而言,技术机遇在于:一是可将我们在光伏逆变器领域积累的功率变换、拓扑优化和控制算法经验迁移至该领域;二是结合我们的储能技术,探索"光储充"一体化微出行充电站解决方案;三是该技术的低压应力、无浪涌电流特性与我们追求的高可靠性产品理念相符。
技术挑战主要体现在功率等级扩展性上。250W的验证功率距离乘用车应用(通常3.3kW以上)存在较大差距,高功率场景下的热管理、电磁兼容和效率优化需要深入研究。此外,与现有充电基础设施的兼容性、不同电机拓扑的适配性也是产业化需要解决的问题。建议我们的研发团队重点关注该技术在轻型电动车辆领域的应用潜力,并评估与公司现有产品线的协同可能性。