大功率電動汽車充電機的設(shè)計方案

1、大功率電動汽車充電機的設(shè)計（圖作者：何占偉劉捷王志本豹純電動汽車以鋰電池為動力源，充滿電后，以電力做功推動汽車。不同于汽油發(fā)動機汽車需要添加汽油，純電動汽車在電力耗光后通過外置電源對其進行充電，通常單次行駛里程在100200公里。與傳統(tǒng)汽車相比，純電動車在使用成本上有著無以比擬的優(yōu)勢，百公里約消耗15度電，成本8元，僅相當(dāng)于汽油發(fā)動機汽車成本1/10。目前，國家已著手進行電動汽車和新能源汽車的示范推廣，電動汽車充電站則是主要環(huán)節(jié)之一，必須與電動汽車其他領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)共同協(xié)調(diào)發(fā)展。充電模式電動汽車能源供給系統(tǒng)主要由供電系統(tǒng)、充電系統(tǒng)和動力蓄電池構(gòu)成。另外，還包括充電監(jiān)控、電池管理和煙霧報警監(jiān)控等。充電

2、機是充電系統(tǒng)的重要組成部分。充電站給汽車充電一般分為三種方式：普通充電、快速充電、電池更換。普通充電多為交流充電，對于容量不超過5kW的交流充電機，輸入為額定電壓220V、50Hz的單相交流電，對于容量大于5kW的交流充電機，輸入為額定線電壓380V、50Hz的三相交流電。將交流插頭直接插在電動汽車充電接口，充電時間大約需要48小時。快速充電多為直流充電，直流充電機輸入為額定線電壓380V、50Hz的三相交流電，輸出電壓一般不超過700V，輸出電流一般不超過700A。交流輸入隔離型AC/DC充電機的輸出電壓為額定電壓的50%100%，并且輸出電流為額定電流時，功率因數(shù)應(yīng)大于0.85，效率應(yīng)不小

3、于90%。充電機應(yīng)能夠保證在充電過程中動力蓄電池單體電壓、溫度和電流不超過允許值。充電機應(yīng)具備防輸出短路和防反接功能。充電機至少能為以下三種類型動力蓄電池中的一種充電：鋰離子蓄電池、鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池。動力電池組充電模式采用“恒流恒壓”兩階段充電模式。充電開始階段，一般采用最優(yōu)充電倍率（鋰離子電池為0.3C進行恒流充電。（C是電池的容量，如C=800mAh,1C充電率即充電電流為800mA）在這一階段，由于電池的電動勢較低，即使電池充電電壓不高，電池的充電流也會很大，必須對充電電流加以限制。所以，這一階段的充電叫“恒流”充電，充電電流保持在限流值。隨著充電的延續(xù)，電池電動勢不斷上升，充電壓

4、也不斷上升。當(dāng)電池電壓上升到允許的最高充電電壓時，保持恒壓充電。在這一階段，由于電池電動勢還在不斷上升，而充電電壓又保持不變，所以電池的充電流呈雙曲線趨勢不斷下降，一直下降到零。但在實際充電過程中，當(dāng)充電電流減小到0015C時，說明充電已滿就可停止充電。這一階段的充電叫“恒壓”充電，這一階段的充電電壓：U=E+IR為恒壓值。這是鋰離子動力電池組對充電模式的基本要求。此外，充電系統(tǒng)還必須具有自動調(diào)節(jié)充電參數(shù)、自動控制和自動保護功能。尤其在恒壓充電階段，如果單體電池的充電電壓超過允許的充電電壓時，充電機應(yīng)能自動減小充電電壓和電流，使該電池的充電電壓不超過允許的充電電壓，防止該電池過壓充電。充電過程

5、及充電電壓、電流的變化如圖1所示。圖1充電曲線n為電池組中串聯(lián)的單體電池個數(shù)）根據(jù)電池的充電特性和電動汽車動力電池組的充電要求，常用充電設(shè)備為充電機，可分為直流充電機和脈沖充電機兩類。直流充電機就是把電網(wǎng)電源經(jīng)過整流濾波后隔離穩(wěn)壓輸出直流電源，供給動力電池組進行充電。目前使用最多的直流充電機是高頻開關(guān)電源充電機。它具有體積小、重量輕、工作可靠、效率高、功率因數(shù)高、電網(wǎng)適應(yīng)能力強、功率可小可大，容易實現(xiàn)智能化等優(yōu)點。脈沖充電機可以減少電池在充電時產(chǎn)生的極化現(xiàn)象，從而提高電池的充電效率，減少充電時間，實現(xiàn)快速充電，但脈沖充電器技術(shù)有待進一步研究。電動汽車充電時間長，充電難是電動汽車推廣應(yīng)用的一個難

6、題。以一輛大型鋰動力電動大巴為例，配置電池容量700Ah。最大充電電流210A相當(dāng)于700AH電池容量的0.3C充電率），最高充電電壓700V圖5MOSFET/IGBT并聯(lián)組合開關(guān)電路圖6PWM強迫均流法工作框圖系統(tǒng)采用PWM強迫均流法，工作框圖如圖6所示。這是一種系統(tǒng)電壓控制和強迫均流相結(jié)合的改進方法，其工作原理是將系統(tǒng)母線電壓Us和系統(tǒng)的基準(zhǔn)電壓Ur相比較產(chǎn)生誤差電壓Ue,用該誤差電壓控制PWM調(diào)制器，得到的PWM信號去控制每一模塊的電流。每個模塊的電流要求信號都是相同的，PWM信號通過光耦與模塊的輸出電流進行比較，調(diào)節(jié)模塊參考電壓，從而改變輸出電壓，調(diào)節(jié)輸出電流，實現(xiàn)均流。這樣，每個模塊都相當(dāng)于電壓控制的電流源。這種均流方式精度高，動態(tài)響應(yīng)好，可控制模塊多，可以很方便地組成冗余系統(tǒng)。強迫均流依賴于某一模塊，如