前言：尋找寫作靈感？中文期刊網(wǎng)用心挑選的電動汽車直流充電系統(tǒng)設(shè)計，希望能為您的閱讀和創(chuàng)作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。

摘要：

分析電動汽車恒流恒壓充電法、三段式充電法和脈沖式充電法的缺點，設(shè)計一種電動汽車自適應(yīng)快速直流充電系統(tǒng)。電動汽車充電模塊功率變換系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，由18只3kW的小模塊并聯(lián)而成，各功率模塊由內(nèi)部單片機進行控制，再由計算機主機統(tǒng)一通過串口控制。測試結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠根據(jù)檢測到的電池組充電狀態(tài)，自適應(yīng)調(diào)整充電電流的大小及脈寬，發(fā)揮電池最大接收電流的能力，達到快速充電的目的。

關(guān)鍵詞：

電動汽車；自適應(yīng)；快速充電；模塊化；電流脈寬

0引言

隨著石化能源的日益減少以及價格的不斷上漲，新能源電動汽車由于其零排放、耗能低等優(yōu)異特點，倍受各方關(guān)注。然而電動汽車電池的快速充電一直是阻礙其發(fā)展的瓶頸。目前對電動汽車電池的充電方式有：1）恒流恒壓充電法，先以恒定電流充電到額定值，然后改為恒定電壓，完成剩余的充電過程；2）三段式充電法，先以恒定電流充電到額定電壓，然后改為恒定電壓充電到額定的電流值，最后改為涓流充電到結(jié)束；3）脈沖式充電法，用固定寬度的脈沖電流對電池充電，然后讓電池停充固定時間，再以固定寬度的脈沖電流對電池充電，如此反復(fù)循環(huán)，直到充滿。以上三種充電方式存在共同的缺點是充電的電流不能太大，因而充電的速度不快［12］。電動汽車自適應(yīng)快速直流充電系統(tǒng)則能夠在電動汽車充電之前，對電動汽車的電池組狀態(tài)進行檢測，利用單片機控制充電系統(tǒng)的充電電流大小及電流的脈寬進行充電，并實時檢測充電狀態(tài)，及時調(diào)整充電電流的大小及充電電流的脈寬，自適應(yīng)發(fā)揮電池最大接收電流的能力，從而達到對電動汽車快速充電的目的［35］。

1系統(tǒng)總體設(shè)計

本文中單臺充電機電功率大于50kW，最大充電電流達400A，電能的轉(zhuǎn)換效率達92％，功率因數(shù)大于98．5％。如果功率變換系統(tǒng)做成一個大的充電模塊，其安全性能及可靠性都較低，而且不利于維護。因此，功率變換系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，由18只3kW的小模塊進行并聯(lián)而成，每只3kW小模塊的電路充電電壓、電流都由內(nèi)部的單片機進行控制，18只3kW的小模塊內(nèi)部的單片機則由計算機主機統(tǒng)一通過串口控制。采用這種模式不僅充電系統(tǒng)的功率有足夠冗余，而且產(chǎn)品的可靠性得到很大的提高。3kW模塊電路。電動汽車直流充電系統(tǒng)自適應(yīng)快速充電過程：首先用單片機檢測電路檢測出電池實際容量，從而控制輸出電路的脈沖充電電流寬度，使電池在深度放電后，以較小脈沖寬度電流充電，即平均電流約0．1C，有利于激活電池內(nèi)的反應(yīng)物質(zhì)；當(dāng)單片機檢測電路檢測出電池可以接收較大電流充電時，此時調(diào)寬充電脈沖，使其以大電流快速充電30min，即平均電流約1C；而后再根據(jù)電池接收能力，調(diào)窄充電脈沖，完成充電過程。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件設(shè)計主要包括輸入EMI濾波和整流電路設(shè)計、功率因數(shù)校正電路設(shè)計、移相全橋電路設(shè)計、單片機控制電路設(shè)計、輸出控制電路設(shè)計和充電接口設(shè)計等［7－10］。

2．1輸入EMI濾波和整流電路設(shè)計輸入

EMI濾波和整流電路如圖3所示。交流市電經(jīng)EMI濾波后，再通過由二極管組成的全橋整流電路將交流市電整流成脈沖的直流電，該脈沖直流電一路輸入功率因數(shù)校正電路，另一路輸入輔助電源電路。

2．2功率因數(shù)校正電路設(shè)計

。功率因數(shù)校正電路以L4981A芯片為核心，可以提高本充電器的功率因數(shù)，減少電路損耗。經(jīng)過功率因數(shù)校正后的脈沖市電進入移相全橋開關(guān)電路。

2．3移相全橋電路設(shè)計

移相全橋電路如圖5所示。移相全橋電路以UC3895芯片為核心，輸出PWM脈沖信號驅(qū)動移相全橋電路四個MOSFET開關(guān)管。移相全橋開關(guān)電路將市電脈沖電流轉(zhuǎn)換成所需的直流電源，送到輸出控制電路［1113］。此外，本文在充電系統(tǒng)主電路上采用了在有源功率因數(shù)校正電路和移相全橋電路之間再增加濾波電路，隔離有源功率因數(shù)校正電路和移相全橋電路相互之間的高頻干擾，使系統(tǒng)的各單元電路更能穩(wěn)定可靠地工作。為增加隔離濾波電路前后脈沖信號對比波形。對比發(fā)現(xiàn)，采用隔離濾波電路有效抑制了高頻干擾。

2．4單片機控制電路設(shè)計

選擇性能穩(wěn)定的MCS51系列單片機AT89C2051芯片及其外圍電路器件。單片機檢測電路先檢測電池的狀態(tài)，然后控制輸出控制電路，使其輸出足夠大小的電流和電流的脈寬［1415］。

2．5輸出控制電路設(shè)計

輸出控制電路如圖8所示。通過單片機檢測電池的電壓狀態(tài)，然后控制輸出控制電路，從而獲得足夠大小的電流和電流的脈寬。如電池在深度放電后，單組鉛酸電池的電壓會低于10．5V，此時電池接收充電電流的能力較小，宜采用較小脈沖寬度電流充電，否則會損壞電池；當(dāng)單組鉛酸電池電壓大于10．5V時，電池接收充電電流的能力較大，可采用較大脈沖寬度電流充電，有利于完成電動汽車電池的快速充電；當(dāng)單組鉛酸電池電壓大于14．1V時，電池接收充電電流的能力下降，可采用較小脈沖寬度電流充電，有利于完成電動汽車電池充滿電。此電路設(shè)計達到電池接收最大電流的能力，調(diào)整充電電流的大小及電流的脈寬，及時完成快速充電的功能。

2．6充電接口設(shè)計

采用具有防熱功能的充電接口電路，增加了快速充電接口的使用壽命。在通用充電接口容易發(fā)熱的金屬觸頭處安裝溫度檢測探頭，電動汽車充電時，如果插座與插頭接觸不良，充電接口溫度會上升，超過國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的70℃時，充電接口電路發(fā)出信號到充電機控制電路，減少充電電流并報警，使充電接口中火線金屬觸頭、零線金屬觸頭溫度不再上升，防止由于金屬觸頭溫度過高而造成電路短路，燒毀電氣設(shè)備，引起火災(zāi)等突發(fā)事故，延長充電設(shè)備使用壽命。經(jīng)測試，本設(shè)計的接口裝置充電10000次以上未出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，填補了國內(nèi)空白。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計

本充電機的顯示和主要控制部分是由計算機來完成。通過可視化的VB語言編程，實現(xiàn)刷卡充電，充電過程有語音提示，充電結(jié)束由微型打印機打出憑條，通過對程序的升級，實現(xiàn)充電聯(lián)網(wǎng)。

4系統(tǒng)測試

對四組18只3kW模塊進行并聯(lián)后。18個并聯(lián)的3kW模塊輸出電流均接近于10A，不論在重載還是輕載的情況下，都可以實現(xiàn)均流充電。這一技術(shù)將為以后研制更大功率的充電設(shè)備打下基礎(chǔ)。

5結(jié)論

本文介紹了一種電動汽車自適應(yīng)直流快速充電系統(tǒng)，電動汽車充電模塊功率變換系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)。采利用該方法充電，可實現(xiàn)對電池?zé)o損害情況下快速充電，克服電動汽車發(fā)展的瓶頸。通過對充電機實際測試，可得如下結(jié)論：1）采用防熱功能的快速充電接口電路，可使充電接口使用壽命延長1．5倍以上。2）增加濾波電路，有效隔離了有源功率因數(shù)校正電路和全橋移相電路之間存在的高頻干擾。3）多只3kW轉(zhuǎn)換模塊并聯(lián)時，不論在重載還是輕載下，都能均流工作。4）先采用寬脈沖對電池組進行自適應(yīng)充電，當(dāng)容量達90％后，采用尖脈沖微分波形對電池組進行充電，可使其容量激活到最大。

作者：沈翠鳳 單位：鹽城工學(xué)院電氣工程學(xué)院

參考文獻

［1］侯聰玲，吳捷，李金鵬，等．蓄電池充電方法的研究［J］．電源技術(shù)應(yīng)用，2007，7（2）：118～121．

［2］王艷茹，李文坡，陳杰．脈沖充電提高鉛蓄電池充電效率的研究［J］．電池工業(yè)，2010，15（4）：222～225．

［3］段朝偉，張雷，劉剛．電動汽車鉛酸電池脈沖快速充電系統(tǒng)設(shè)計［J］．自動化儀表，2013，34（7）：75～77．

［4］杜娟娟，裴云慶，王兆安．電動車鉛酸蓄電池的脈沖快速充電設(shè)計［J］．電源技術(shù)應(yīng)用，2005，8（3）：28～31．

［5］沈翠鳳，裴玉兵．一種電動汽車自適應(yīng)快速充電系統(tǒng)［P］．中國專利：201110190635．9，2011－07－08．

［6］沈翠鳳，裴玉兵．電動汽車車載式永磁發(fā)電機智能充電控制系統(tǒng)［P］．中國專利：201210295505．6，2012－08－20．

［7］肖金球，劉士游，陳聰偉，等．基于ARM的電動汽車智能快速充電系統(tǒng)研究［J］．電源技術(shù)，2015，39（4）：815～817．

［8］江友華，童永，曹以龍．電動汽車智能充電器的設(shè)計與實現(xiàn)［J］．電力電子技術(shù)，2012，46（2）：38～40．

［9］江秀道．電動汽車智能充電系統(tǒng)研究［D］．江西：南昌大學(xué)，2011．

［10］陳磊．基于TMS320F2812的電動汽車智能充電系統(tǒng)的研究及實現(xiàn)［D］．四川：電子科技大學(xué)，2009．

［11］繆曉忠．高功率因數(shù)軟開關(guān)車載充電機設(shè)計［J］．變頻器世界，2010，（11）：116～119．

［13］李晶，姜久春．純電動汽車充電機系統(tǒng)穩(wěn)定性研究［J］．電力自動化設(shè)備，2012，32（9）：13～17