为电动汽车实现更安全、更快速的直流充电

电动汽车 (EV) 需要更快的充电时间才能与传统内燃机竞争，因此 EV 充电系统正迅速转向高达 350 kW 的输出功率解决方案，以将充电时间缩短至 20 分钟以内。凭借如此强大的能力，电压和电流水平正引导设计人员面临新的工程挑战。

在接受《电力电子报》采访时，森萨塔科技专注于电气化的高级全球营销经理戴劲松指出，直流快速充电的主要挑战与更高的电压和功率水平有关。向更高电压和更高功率水平的迁移会导致一些电气保护问题。

“直流快速充电应用面临许多挑战，从快速充电标准到充电基础设施问题，再到热效率管理，再到保护电气系统免受故障，”戴说。“在森萨塔，我们专注于直流快速充电系统的电气保护。为了缩短充电时间，许多大功率充电器正在从 400 V 迁移到 1,000 V，从 50 kW 迁移到 350 kW 甚至更高。这给充电系统中的电气保护组件带来了很多挑战——电压水平和充电功率的增加驱动了接触器和保险丝等高压组件的能力增加。”

戴指出，这里最明显的担忧是更高的电压更容易产生电弧，这需要更大的间隔距离才能熄灭。“这需要接触器和熔断器采用技术来增加间隔距离以快速熄灭任何电弧，”他说。“否则，不间断的电弧会导致接触器或保险丝剧烈爆炸。另一个问题是过流情况下的接触器和保险丝配对。当接触器开始断开电路时，它会开始消耗自身内部的一些过电流，从而阻止该电流用于正确破坏保险丝。潜在的影响可能是整个系统的灾难性故障。森萨塔的断开解决方案，其中接触器和保险丝配对以协同工作，

迁移到更高的电压

虽然更高的电压和电流水平减少了充电时间，但它们会增加安全风险和系统设计挑战。高压接触器提供安全的电路连续性，同时需要串联保险丝以在发生危险短路事件时保护电路。

传统的直流热熔断器技术是为短路情况而设计的，这意味着在发生短路、大电流的情况下，熔断器利用连接的熔化来断开电路。Dai指出，传统直流热熔断器面临的挑战是电流不够大的过流情况，热熔断器熔断的时间更长。

“这会产生一个灰色区域，在该区域电流水平可能会压倒接触器中断负载的能力，而不会达到触发保险丝的热点，”他说。“使用 GigaFuse 可以消除在超过接触器的分断能力的情况下激活热熔断器之前的这段时间。GigaFuse 有助于弥合接触器可以做什么 [正常操作] 和保险丝何时跳闸之间的差距，有助于提供过流和短路保护。

“接触器和保险丝是直流快速充电器中的关键任务组件，”戴补充说。“接触器在正常充电期间提供安全的电路连续性或分离过电流，而保险丝在危险的短路和过电流情况下保护充电系统。关键是要有可以协同工作的接触器和保险丝，以确保在正常工作和过流条件下为充电器提供无缝保护。”

森萨塔 GigaFuse 的机电触发机制提高了系统效率，消除了热老化，并为电气保护提供了设计灵活性。（来源：森萨塔科技）

接触器和熔断器

Dai 表示，更高的电压水平和更高的接触器充电功率意味着产品需要具有更高的分断能力，客户要求额定值为 1,000 V 和 500 A 的接触器。此外，另一个必需的功能是接触器的双向性，允许从电网和车辆到电网 (V2G) 系统对 EV 电池充电，这将允许在能源交换市场中利用电网智能。

“除了 V2G，动态功率分配是一种技术趋势，它通过组合或共享来自多个充电端口的功率来根据实际需求定制充电，”戴说。“接触器的双向功能使充电器能够通过允许电流向前或向后流动来动态分配功率。”

Sensata Technologies 使用的接触器技术是密封的并充满气体，因此与露天接触器相比，它以相对较小的尺寸提供了所需的功率以实现所​​需的稳健性。森萨塔通过推出高压熔断器产品，继续其在密封开关技术方面的战略。GigaFuse 是一种密封机电熔断器，专为满足高压和大功率熔断器应用要求而设计。“GiagFuse 系列包括具有无源和无源/有源组合的熔断器产品；它显着提高了系统效率，消除了热老化，并为电气保护提供了设计灵活性，”戴说。

为了应对大功率应用的新兴技术挑战，森萨塔提供了新的电气保护集成技术。“我们将在全面推出之前为客户提供样品的一种新解决方案是 PyroTactor，它是世界上第一个带有集成热熔保险丝的接触器，”戴说。“GFC PyroTactor 在单个设备中结合了高压熔断器和接触器的功能，因此无需单独确定每个组件的尺寸。GFC 系列是双向的，能够处理高达 1,500 V 的系统电压，其特点包括被动和主动触发。这种新设计显着降低了接触器和熔断器配对的设计复杂性，消除了热老化，并显着减少了安装时间、复杂性和成本。”


审核编辑：刘清