引言

　　開發(fā)板可為充電概念提供快速原型設(shè)計,、降低開發(fā)成本,、提高靈活性并且使其更快地上市。它們可加快原型設(shè)計周期,，允許快速迭代設(shè)計并測試各種充電概念,，且無需進行定制硬件設(shè)計,。這不僅降低了總體開發(fā)成本，而且允許模塊化設(shè)計和定制選項,。這些開發(fā)板無需定制硬件設(shè)計,，從而能夠方便地對不同技術(shù)進行實驗。這種方法不僅具有高性價比,，而且有助于讓開發(fā)過程更加敏捷,，從而讓工程師能夠探索創(chuàng)造性的解決方案，并高效利用資源應(yīng)對各項挑戰(zhàn),?？傮w而言，開發(fā)板提供了一種高性價比且靈活的充電開發(fā)方法,。

　　電動車充電開發(fā)平臺

　　電動車服務(wù)設(shè)備（EVSE）可幫助電網(wǎng)向電動車安全供電,。這是一個用于創(chuàng)建高效可靠的電動車充電站的全面解決方案。它集成了精心策劃的硬件和軟件,，簡化了開發(fā)過程,，使工程師能夠方便地設(shè)計具有人機界面（HMI）的智能互聯(lián)電動車充電站。該平臺應(yīng)具備多種功能,，可滿足各種充電水平和配置,，并根據(jù)特定需求量身定制。

　　模塊化設(shè)計功能使其成為加快開發(fā)和部署電動車充電基礎(chǔ)設(shè)施的理想選擇,。它必須在結(jié)合通信,、安全和保障的同時為電網(wǎng)集成提供便捷的升級路徑。軟件包含用于充電會話的底層驅(qū)動程序和操作系統(tǒng),，并且提供生產(chǎn)用系統(tǒng)模塊（SOM）和圖形二進制文件,，以縮短開發(fā)上市時間。

　　開放充電樁協(xié)議（OCPP）是充電站及其網(wǎng)絡(luò)（充電樁運營商 - CPO）的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議,，需要具備諸如以太網(wǎng),、蜂窩、Wi-Fi 或Sub-1 GHz信號等多種連接選項,。它支持安全通信和OTA更新,，旨在為電動車和充電站在充電過程中提供一種安全的標(biāo)準(zhǔn)化通信方式。

　　電動車充電器的組成部分

　　EVSE控制系統(tǒng)由輔助功率級,、非板載AC/DC大功率級（僅用于直流充電站）,、電能計量裝置,、交直流剩余電流檢測器、隔離監(jiān)控裝置,、帶驅(qū)動器的繼電器和接觸器,、單線雙向通信以及服務(wù)和用戶界面組成。

　　AC-DC轉(zhuǎn)換器用于將來自電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換為直流電,。逆變器用于將直流電轉(zhuǎn)換為交流電,。功率因數(shù)校正（PFC）裝置用于提高AC-DC轉(zhuǎn)換器的效率（圖1）。電動車充電站還可能包含其他電力電子元件,，例如隔離變壓器,，它將電動車的電池與電網(wǎng)隔離開來，有助于保護電動車免受電氣危害,。冷卻系統(tǒng)用于冷卻電力電子元件,，防止其過熱?？刂瓢灞O(jiān)測并控制電力電子元件的運行,。

　　直流充電站的發(fā)展趨勢是以更低的損耗支持更高的功率和電壓。微控制器和電源管理集成電路旨在集成安全,、安保,、固件更新、外設(shè)功能,，并減少物料清單（BoM）,。如需高電壓支持以及將功率半導(dǎo)體切換為低功耗半導(dǎo)體的技術(shù)，柵極驅(qū)動器集成電路至關(guān)重要,。

　　圖1：電動車直流充電器的主要組件

　　前端是一個帶功率因數(shù)校正（PFC）的AC-DC升壓轉(zhuǎn)換器,，然后是一個在電網(wǎng)和負載（電動車電池）之間提供隔離的DC-DC級，并調(diào)節(jié)輸出端的電壓和電流,。該系統(tǒng)也可能雙向運行（特別是在功率較低的情況下）,，因此拓撲結(jié)構(gòu)和設(shè)計應(yīng)考慮到這一點。

　　系統(tǒng)包括各種組件,，如NFC閱讀器,、屏幕、控制面板,、BLE、PLC,、主CPU,、ISO15118協(xié)議棧、OCPP協(xié)議棧,、WiFi/LTE,、信號調(diào)節(jié),、電壓、電流和溫度傳感器,，以實現(xiàn)無縫的用戶體驗,，確保安全認證、實時數(shù)據(jù)顯示和高效的電源管理,?；?MOSFET的設(shè)計可實現(xiàn)同步整流，更高的開關(guān)頻率和更小的無源元件,。

　　開發(fā)定制電動車充電器能夠帶來獨有的特性和功能,，例如高級用戶界面、智能充電算法以及與可再生能源集成,。充電器的設(shè)計可滿足充電速度,、功率容量、連接器類型和用戶界面等特定要求,。深入分析充電模式和能耗,，需要具備先進的數(shù)據(jù)收集功能，從而優(yōu)化充電操作并做出明智的決策,。功率較高的直流充電器通常采用模塊化設(shè)計,，將15至75 kW（及以上）的電源塊堆疊在一個機柜中。一般來說,，直流充電器的輸出電壓范圍為從150 V到1000 V以上,，涵蓋400 V和800 V標(biāo)準(zhǔn)電動車電池電平，并且可針對較高或較低電壓端進行優(yōu)化,。

　　開發(fā)平臺產(chǎn)品

　　在設(shè)計和測試新型電動車充電技術(shù)時,，開發(fā)板發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，它可以確保充電解決方案的便利性和效率,。下面,，我們將介紹用于電動車充電系統(tǒng)的開發(fā)板，這些開發(fā)板具有不同的額定功率輸出用于AC-DC,、DC-DC轉(zhuǎn)換器,。

　　a. NXP解決方案

　　EasyEVSE電動車充電站開發(fā)平臺提供硬件配置說明和示例軟件，用于在EVSE和基于云的應(yīng)用之間建立安全連接,。此模塊化平臺可用于構(gòu)建差異化EVSE系統(tǒng),，支持設(shè)備到云和云到設(shè)備的通信、準(zhǔn)確的電能計費和一鍵式NFC認證,。它支持Microsoft Azure IoT Central服務(wù)等云服務(wù),、EdgeLock? SE050安全元件、用于準(zhǔn)確進行電能計費的Kinetis M計量MCU以及用于一鍵式身份驗證的CLRC663高性能NFC前端,。

　　圖2：EasyEVSE 參考設(shè)計框圖

　　EasyEVSE（圖2）由主機控制器（i. MX RT106x 交叉 MCU）,、儀表（KM3x 計量 MCU）,、安全元件（SE050 安全元件）、NFC（CLRC663 NFC 前端）,、物聯(lián)網(wǎng)連接 （Microsoft Azure IoT Central）,、圖形用戶界面（GUI）組成。

　　控制器模塊管理與儀表,、NFC,、安全和物聯(lián)網(wǎng)模塊的通信，提供一個GUI界面用于監(jiān)控和管理EasyEVSE,。NFC模塊讀取NFC設(shè)備的UID,，而安全模塊則安全地存儲 Azure物聯(lián)網(wǎng)云的EasyEVSE憑證。物聯(lián)網(wǎng)和連接模塊,，即Azure IoT Central應(yīng)用,，接收、存儲來自EasyEVSE的遙測數(shù)據(jù)并將其顯示在儀表板中,。遙測數(shù)據(jù)每分鐘數(shù)次定期發(fā)送到EasyEVSE儀表板,。

　　該儀表板可實時修改EasyEVSE屬性，模擬輸送電能的實際應(yīng)用,，根據(jù)電網(wǎng)需求改變電價成本,。它還可以向EasyEVSE發(fā)送指令。

　　b. Onsemi解決方案

　　SEC-25KW-SIC-PIM-GEVK - 基于SiC的25 kW直流快速充電器（DCFC） 

　　SEC-25KW-SIC-PIM-GEVK 是基于SiC功率集成模塊的25kW快速直流電動車充電器的參考設(shè)計套件,。該完整SiC解決方案由PFC和DC-DC級組成,，配備多個 1200V、10 毫歐姆半橋SiC模塊NXH010P120MNF1,，并且超低RDS（on）和最小的寄生電感可以顯著降低傳導(dǎo)損耗和開關(guān)損耗,。

　　該系統(tǒng)覆蓋較寬的輸出電壓范圍，能夠給使用400 V和800 V電池的電動車充電,，并針對較高電壓水平進行了優(yōu)化,。輸入電壓的額定值為歐盟400 Vac和美國480 Vac 三相電網(wǎng)。功率級能夠在500 V至1000 V的電壓范圍內(nèi)輸送25 kW電力,。如果低于500 V,，輸出電流將限制為50 A，根據(jù)CCS或CHAdeMO等直流充電標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定降低額定功率（圖3）,。

　　圖3：評估套件 - SEC-25KW-SIC-PIM-GEVK

　　關(guān)于通信端口,，電路板將為外部接口（電源模塊、充電器系統(tǒng)控制器,、車輛,、服務(wù)和維護之間）提供隔離的CAN、USB和UART基礎(chǔ)設(shè)施,。

　　該系統(tǒng)可在200V-1000V輸出電壓下輸送最大25kW的電力,，可為400V或800V電動車電池充電，全時效率高達96%,。

　　圖4：25 kW 電動車直流充電器功率級高級框圖

　　如圖 4 所示,，它采用了兩塊設(shè)計有Zynq^?-7000 SoC FPGA和基于ARM?處理器的通用控制板（UCB）。

　　SEC-25KW-SIC-PIM-GEVK的亮點還有電隔離大電流驅(qū)動器NCD57000,、為低壓組件提供穩(wěn)定電壓軌的輔助電源解決方案SECO-HVDCDC1362-40W-GEVB,、集成保護功能（如浪涌控制、過壓保護）和多個通信接口,。

　　c. Infineon解決方案 - REF-DAB11KIZSICSYS 

　　REF-DAB11KIZSICSYS板是一個DC-DC級,，輸出范圍大，使用兩個電感器和兩個電容器（CLLC）諧振網(wǎng)絡(luò),，具有雙向功能,。該轉(zhuǎn)換器的功率轉(zhuǎn)換效率較高，因為對稱 CLLC諧振網(wǎng)絡(luò)具有初級電源開關(guān)的零電壓開關(guān)功能和次級側(cè)輸出整流器的同步整流換向功能,。該轉(zhuǎn)換器可以改變功率流向,，在不進行同步整流的情況下，其最大功率轉(zhuǎn)換效率約為 97.2%,。

　　圖5：REF-DAB11KIZSICSYS電路板

　　11 kW SiC 雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器電路板專為電動車充電和儲能系統(tǒng)（ESS）應(yīng)用而設(shè)計,。它采用CLLC拓撲結(jié)構(gòu)，適用于從30 kW到150 kW的充電器,。該電路板使用TO247-4封裝的1200 V CoolSiC? MOSFET和EiceDRIVER? 1ED緊湊型柵極驅(qū)動器集成電路,，從而提高效率、節(jié)省空間和重量,、減少零件數(shù)量并提高系統(tǒng)可靠性,。

　　結(jié)語

　　以上我們的討論強調(diào)了原型設(shè)計、模塊化解決方案和開發(fā)板對于定制電動車充電站的重要性,。這些工具使工程師能夠快速構(gòu)建和測試創(chuàng)新的充電概念,，而無需進行硬件設(shè)計，從而縮短新產(chǎn)品上市時間,。這凸顯了這些開發(fā)工具在電動車充電站建設(shè)中的效率和有效性,。

　　下面列出了多款電動車充電開發(fā)板：

　　3865650 

　　以下是用于電動車充電的開發(fā)板

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