对电动汽车快速充电站采用模块化设计

随着电动汽车 (EV) 充电站如雨后春笋般地出现在各个服务区和停车场，汽油车驾驶员也逐渐习惯于此。然而，对于长途旅行的电动车驾驶员或最近忘了充电的短途旅行者来说，可用的充电站似乎少之又少。这表明，为满足对便捷电动汽车充电选择的需求，对相关商业和工业产品的需求也在不断增加。

建设充电基础设施对于实现政府用电动汽车取代化石燃料汽车的目标至关重要。2021 年年底，美国拜登政府宣布了一项战略，计划到 2030 年在全国范围内建设 50 万个公共电动汽车充电桩，而能源部的一份报告显示，届时需要 120 万个充电桩。英国、中国和欧盟也在补贴和促进对公共充电桩基础设施的投资。

预计政府激励措施和排放限制将推动电动汽车销量从 2020 年的 200 万辆增至 2040 年的 7300 万辆，占全球汽车销量的 61%，在日本、美国和欧盟甚至更高。麦肯锡估计，到 2030 年，美国公共充电桩硬件、规划和安装（不包括电网和场地电力升级）的成本为 350 亿美元，工作场所和车队仓库的成本为 160 亿美元。

商业充电方案设计

随着道路上行驶的电动汽车数量与日俱增，充电解决方案的潜在市场非常巨大，因为美国政府估计 2024 年初公共充电端口的安装数量将接近 20 万个。

高功率充电 (HPS) 技术每充电一分钟的行驶里程约为 19 英里，随着消费者对电动汽车的信心增强，预计对电动汽车的需求将会增加。相比之下，在联合充电系统 (CCS) 标准的 200 千瓦充电电流下，每分钟则可充电 2.5 英里。

商业和工业充电解决方案的设计需要考虑很多因素，其中最重要的是能够适应不断变化的电动汽车充电标准。产品设计师必须围绕以下关键特征才能设计出成功的解决方案，具体特征包括：

• 为各种电动汽车（包括轿车、公共汽车和卡车）提供快速高效的充电服务
• 能效要高，要确保实现最大功率充电，并最大限度地减少热量损失
• 即使在电压波动的情况下也能获得稳定的充电体验
• 使用寿命长，易于维护
• 可扩展高至兆瓦级，以适应大型充电园区的运营和道路上电动汽车的预期增长
• 运行安全可靠，具有浪涌保护、断路器和过热保护功能

要为电动汽车提供快速、方便和可靠的电力，就必须设计出高效、灵活的产品，才能在公共和商业/工业应用中得以使用。

模块化电源可加快电动汽车充电速度

Phoenix Contact 提供模块化的 CHARX 电源模块，专为快速、高效的电动汽车充电而设计。它们还适合用于车队和重型设备、交流微电网、高压直流电网、储能以及氢电解应用的非公路充电。

该公司于 1923 年在德国成立，是电气工程、电子和自动化领域元件、系统和解决方案的全球市场领导者。随着各行各业持续电气化、网络化和自动化，对可靠供电解决方案的依赖性也日益增加，同时“全电气社会”也成为其愿景。为此，该公司一直专注于提供快速、安全、符合标准的充电桩和采用最新技术的充电接口。

CHARX 电源模块（图 1）是用于构建充电解决方案的全产品组合的一部分，有 AC/DC 和 DC/DC 两种版本，可直接安装在电动汽车充电站常用的 19 英寸标准机柜中，无需 DIN 导轨。CHARX 模块化的即插即用设计采用推入式和 T-LOX 快速连接技术，简化并加快了安装和维护流程。模块尺寸为宽 483 mm、高 134 mm、深 550 mm。

图 1：模块化 CHARX 电源柜，有 AC/DC 和 DC/DC 两种型号。（图片来源：Phoenix Contact）

每个电源模块均针对高电压和高电流直流充电进行了优化，充电功率可达 360 千瓦。它们在 50% 负载时的能效为 95%，待机模式下的功耗低于 14 W，确保了闲置时的成本效益。

通过灵活地连接模块和系统机柜，可扩展充电功率。采用适当的冷却技术后，CHARX 模块可使 HPC 充电电流高达 500 kW，是兆瓦级充电园区的理想选择。

三相 1232243 CHARX PS-M2/3AC/1000DC/30KW AC/DC 电源模块的输入范围为 340 V_AC 至 530 V_AC。1296467 CHARX PS-M2/825DC/1000DC/30KW DC/DC 电源模块的输入范围为 300 V_DC至 825 V_DC，可用于多种直流电压装置。两个电源模块的输出范围均为 30 V_DC 至 1,000 V_DC。

DC/DC 模块提供连续的最大功率点跟踪 (MMPT)，可调节太阳能电池阵列的输入电压和电流，以优化输出功率。尽管太阳辐射水平、温度和光伏板类型各不相同，但这有助于为设备提供最高效的输出。

单个控制器适用于多个机柜

控制器区域网络 (CAN) 总线基于报文协议，无需主机即可实现设备间通信，从而实现多个电源模块和机柜的有效运行。基于 CAN 的电网充电协议 (GCP) 用于在一个或多个电源模块与充电控制器之间提供通信，并支持点对点、组播和广播通信方式。

1624130 EV-PLCC-AC1-DC1 可编程充电控制器模块（图 2）可与直流充电站的 AC/DC 或 DC/DC 电源模块配合使用。它是电动充电系统的核心组件，提供网络通信、用户认证、负载管理和安全功能。其 CAN 总线接口可为快速充电应用管理配电和通信。

图 2：与 CHARX AC/DC 和 DC/DC 电源模块配合使用的 EV-PLCC-AC1-DC1 可编程充电控制器。（来源：Phoenix Contact）

该控制器符合 IEC 61851-1、IEC 61851-23、DIN SPEC 70121 和 CHAdeMO 标准，可满足不同的充电要求。它包括双以太网接口和集成的无线调制解调器，包括 4G 选择。

多个机柜使用一个控制器的功能简化了维护，降低了安装和运行成本。CHARX 控制器最多可连接 48 个电源模块。它支持可与充电站管理系统通信的 OCPP 1.6J（核心配置文件）协议，以及可与外部系统和平台集成的 Modbus/TCP 或 MQTT 通信协议。

该控制器支持 16 个数字输入，采用 COMBICON 连接器，可灵活组装并与电源模块安全连接。供电中断时，可通过集成的可充电电池持续运行。

结语

Phoenix Contact 的 CHARX 电源模块和控制器为设计大功率充电站提供了通用、可靠的选择。凭借其灵活性和可扩展性，CHARX 产品组合可为不同充电应用提供经济、高效的多机柜和电源模块管理解决方案，并可与不同通信协议和外部系统无缝集成。