充電模塊的工作原理是什么
充電模塊的核心工作原理是將輸入的電能通過(guò)整流、濾波、功率因數(shù)校正(PFC)、DC/DC轉(zhuǎn)換等技術(shù)處理后,以特定電壓和電流為電動(dòng)汽車(chē)電池供電?。以下是詳細(xì)工作流程:
1、交流輸入與整流
電網(wǎng)的交流電首先進(jìn)入輸入濾波器。濾波器的主要作用是抑制模塊自身產(chǎn)生的高頻開(kāi)關(guān)噪聲反饋回電網(wǎng)(減少電磁干擾EMI),同時(shí)也阻止電網(wǎng)中的干擾進(jìn)入模塊。
經(jīng)過(guò)濾波的交流電送入整流橋(通常由二極管或可控硅組成)。整流橋?qū)⒔涣麟娹D(zhuǎn)換為脈動(dòng)的直流電(稱為“饅頭波”)。
2、功率因數(shù)校正
整流后的脈動(dòng)直流電壓較低且含有大量諧波,功率因數(shù)(PF)很低,會(huì)造成電網(wǎng)資源的浪費(fèi)和對(duì)電網(wǎng)的污染。
PFC電路(Boost型最常見(jiàn))是解決此問(wèn)題的關(guān)鍵。它通常由電感、功率開(kāi)關(guān)管(如IGBT、MOSFET)、二極管和電容組成,并受專用PFC控制器驅(qū)動(dòng)。
工作原理簡(jiǎn)述:控制器精確控制開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷。開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí),電感儲(chǔ)能;開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí),電感釋放能量,通過(guò)二極管向后面的電容充電,將整流后的脈動(dòng)電壓提升到一個(gè)穩(wěn)定的、較高的直流母線電壓(如700V-800V DC)。同時(shí),通過(guò)控制開(kāi)關(guān)時(shí)序,使輸入電流波形跟蹤輸入電壓波形,從而將功率因數(shù)提升至接近1(如0.99),極大地減少了對(duì)電網(wǎng)的諧波污染,提高了電能利用率。
3、DC-DC隔離變換與穩(wěn)壓/穩(wěn)流
這是充電模塊的核心功率變換環(huán)節(jié),負(fù)責(zé)將PFC輸出的高壓直流母線電壓,安全、高效地轉(zhuǎn)換為電池所需的可調(diào)直流電壓,并提供精確的電流控制。此階段必須實(shí)現(xiàn)電氣隔離(輸入輸出間無(wú)直接電氣連接),保障安全。
主流拓?fù)洌?/strong>常采用高頻隔離型變換器,如LLC諧振半橋、移相全橋等。它們共同特點(diǎn)是利用高頻變壓器實(shí)現(xiàn)隔離和電壓變換。
工作原理簡(jiǎn)述(以LLC為例):由兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管組成半橋(或全橋),在控制器驅(qū)動(dòng)下交替導(dǎo)通/關(guān)斷,將高壓直流母線電壓逆變成高頻交流方波。高頻交流方波施加到高頻變壓器的原邊繞組。變壓器不僅實(shí)現(xiàn)電氣隔離,其匝比也決定了基本的電壓變換關(guān)系。變壓器副邊繞組感應(yīng)出高頻交流電。
副邊整流:由二極管(或同步整流MOSFET以提升效率)組成的整流電路,將高頻交流電再次轉(zhuǎn)換為直流電。
輸出濾波:由電感和電容組成的LC濾波器,濾除高頻開(kāi)關(guān)紋波,得到平滑、穩(wěn)定的直流輸出電壓。
4、精密控制與反饋調(diào)節(jié)
控制核心:模塊內(nèi)置高性能數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)或微控制器(MCU)。
反饋采樣:實(shí)時(shí)、高精度地采樣模塊的輸出電壓和輸出電流。
閉環(huán)控制:控制器將采樣值與充電樁主控系統(tǒng)下發(fā)的電壓/電流指令(設(shè)定值)進(jìn)行比較。通過(guò)復(fù)雜的控制算法(如PID),計(jì)算出控制信號(hào),動(dòng)態(tài)調(diào)整DC-DC變換器中功率開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間(脈寬調(diào)制PWM)或開(kāi)關(guān)頻率,從而精確地穩(wěn)定輸出電壓或輸出電流,滿足電池充電曲線的要求(恒流充電CC、恒壓充電CV等)。
5、多重保護(hù)機(jī)制
為確保極端情況下的設(shè)備和人身安全,充電模塊集成了完善的多級(jí)保護(hù):
輸入側(cè):過(guò)壓、欠壓、缺相保護(hù)。
輸出側(cè):過(guò)壓、過(guò)流、短路保護(hù)。
溫度監(jiān)控:實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)關(guān)鍵器件(開(kāi)關(guān)管、變壓器、整流管)和散熱器溫度,過(guò)熱時(shí)降功率或停機(jī)。
風(fēng)扇監(jiān)控:監(jiān)控散熱風(fēng)扇狀態(tài),故障時(shí)告警或保護(hù)。
絕緣監(jiān)測(cè):部分模塊集成或配合系統(tǒng)進(jìn)行直流輸出側(cè)對(duì)地絕緣電阻檢測(cè),防止漏電風(fēng)險(xiǎn)。
保護(hù)動(dòng)作通常包括降功率、告警上報(bào)和緊急關(guān)機(jī)。
6、通信與協(xié)同
模塊通過(guò)通信接口(常用CAN總線)與充電樁主控制器連接。
接收指令:接收主控下發(fā)的啟停、電壓/電流設(shè)定值、模塊開(kāi)關(guān)機(jī)等指令。
上報(bào)狀態(tài):實(shí)時(shí)向主控上報(bào)模塊的工作狀態(tài)(運(yùn)行/故障)、輸出電壓/電流值、溫度、告警/故障代碼等信息。
并聯(lián)均流:當(dāng)多個(gè)模塊并聯(lián)輸出時(shí),主控或模塊間通過(guò)特定通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)自動(dòng)均流控制,確保各模塊輸出電流均衡,分擔(dān)總負(fù)載,延長(zhǎng)模塊壽命并提高系統(tǒng)可靠性。