电动汽车充电桩分类与最新标准(功率提升至800kW)

电动汽车充电桩分为直流充电桩和交流充电桩，快速充电的直流充电桩能在20至30分钟内将电池从0%充至80%，充饱只需要40至50分钟，直流充电桩常见的功率有58kW、120kW、180kW、250kW、350kW、360kW、480kW等。而慢速充电的交流充电桩需5至8小时才能充满，常见的功率为7kWMax.电流为32A与11kW，Max.电流为50A，以Tesla Model 3为例，续航里程为450公里，通过交流充电桩从0%充到100%需花费12小时进行充电。相比之下，直流充电速度明显更快，2023年9月，中国工业和信息化部发布了两项电动汽车充电标准（GB/T20234.1-2023和GB/T20234.3-2023），将Max.充电电流从250A提高至800A，充电功率提升至800kW，同时保障新老充电接口的兼容性。为解决电动汽车充电慢的核心痛点，利用提高充电桩的电压和电流实现大功率超充技术，目前电桩输出Max.电流可达800A，Max.电压达到1000V，电动车已进入『分钟级』充电时代。

电动车高功率充电技术下

PFC电感、LLC变压器与滤波电感等磁性元件是效能转换的关键

在充电桩架构中，前级（电源转换初始阶段，包含整流滤波、功率因数校正、EMI滤波）和后级（电源转换后续阶段，包含DC-DC转换、谐振变换、输出滤波）都使用了多种磁性元件来实现高效的能量转换。前级使用的磁性元件有PFC电感、共模电感和差模电感，其中PFC电感用来提高功率因数，减少谐波失真，共模电感则是抑制共模噪声，减少电磁干扰，差模电感处理了滤波和平滑电流。后级会用到差模电感为DC-DC转换器处理滤波工作，主变压器用于电压转换和电气隔离，谐振电感则在谐振变换器中提供高效能量传递。

磁性元件在高功率充电技术中的重要性不容忽视

可从磁芯材料、提高频率、绕线方式、散热管理等技术层面进行优化与设计

高可靠性、高效率、高功率密度充电技术｜磁性元件优化与设计的对策

磁性元件从磁芯到绕组优化与设计对于实现800kW高功率超充非常重要，磁芯材料的饱和磁通密度与导磁率，决定了磁芯在特定磁场强度下能容纳的磁通量，高导磁率材料在低磁场强度下容易饱和，高电流则会导致磁通密度急剧增加，使磁芯进入饱和状态，高频操作产生了强烈磁场变化，也会增加磁芯饱和的风险，同时，工作温度升高也会造成导磁率下降，使磁芯更容易饱和，当电感值下降，使滤波效果减弱、共模噪声增加，变压器的转换效率变差，影响整个充电系统的稳定性和可靠性。

CCM模式下的PFC电感面临磁饱和的问题

在连续导通模式下(CCM)，电流始终在PFC电感中流动，易导致磁芯持续被磁化，如果电流过大或持续时间过长，磁芯内的磁通量会不断增加，最终达到磁芯材料的饱和点，使电感量会急剧下降，同时，持续高电流会引起PFC电感的发热，温度升高将影响磁芯的磁性能，降低其饱和磁通密度，使得磁芯更容易达到饱和状态，导致PFC电感无法再有效储能和转换电能。

为了实现充电桩的高功率输出，温度升高是Max.的挑战

提高工作频率和缩小磁性元件体积会产生更多热量，散热不佳将导致温度升高，可能损坏元件，而降低充电桩的可靠性和效率，因此，解决散热问题是确保高功率充电桩稳定运行的关键。

液冷模组电源在电流密度降低与高频工作的双重压力下

采用液冷模组电源中，在电流密度的取值要求更小与功率密度要高双条件下，体积要缩小则须提高工作频率，相对的磁性元件受到磁芯损耗、集敷效应、电磁干扰与热管理挑战。

磁性元件影响高功率充电效能的关键｜磁饱和电流与温升电流

磁饱和与过热都会对电感的寿命产生负面影响，需要透过制定磁饱和电流（Isat）与温升电流（Irms）两个指标参数，以确保电感在正常工作条件下不会因饱和甚至过热而损坏，在电动汽车充电桩的高功率和高温条件下，磁饱和电流(Isat)能确保电感在大电流条件下不进入饱和状态，保持其储能和平滑电流的能力，温升电流(Irms)则确保电感在允许的温升范围内工作，避免因过热而导致性能下降或损坏，从而，优化充电桩电源系统的整体性能。

磁饱和电流的定义(Isat)

电感一般都含有磁芯，特别是功率电感，磁芯存在磁饱和现象，当磁场强度达到一定程度后，磁感应强度增加的趋势会减缓，最终趋于饱和状态，同时，磁芯的导磁率(μ)会大幅降低，导致电感值显著下降，电感失去其正常的电流抑制能力。

饱和电流是以电感值下降程度为指标的额定电流，通常定义为电感值下降20-30%时的电流，可利用直流叠加的方法，测试电感值在不同电流下的衰减情况，以分析电感磁饱和特性。

温升电流的定义(Irms)

由于电感本身存在了寄生直流电阻，在工作状态下电感内部温度会随着电流增高而上升，一般会将电感自我温升温度不超过20℃或 40℃时的电流当作温升电流，也是电感产品的应用额定电流，确保在此电流范围内工作时，电感器不会因过热而损坏。

MICROTEST 6632S+6243H DC偏置电流源测试系统，支援磁饱和电流扫图分析，电流Max.输出高达640A，频率响应最高100Hz-10MHz，在图形分析模式下，X轴为施加的偏置电流，Y轴为电感值，量测结果直接显示电感值下降百分比(%)，为工程师提供更直观的方式，验证高功率电感器的磁饱和电流。

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