電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載智能快速充電器的研究與設計

摘要： 為滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)蓄電池無(wú)損傷快速充電的需求， 提出將大功率開(kāi)關(guān)電源變換技術(shù)應用于智能充電器。結合實(shí)際充電要求， 給出了電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載充電系統的總體方案， 并就方案中涉及到的大功率充電電源拓撲的選擇， 控制電路設計及保護電路設計做了具體介紹。實(shí)驗結果表明該充電電源可以在短時(shí)間內實(shí)現對動(dòng)力蓄電池的無(wú)損傷充電， 滿(mǎn)足快速充電的要求。文章所研究的車(chē)載智能充電器為新型電動(dòng)汽車(chē)提供了一種可靠有效的充電設備， 具有很強的應用價(jià)值。

0 引 言

面對傳統燃油汽車(chē)尾氣排放造成的污染及其對石油資源的過(guò)度消耗所引發(fā)的環(huán)境與能源問(wèn)題， 電動(dòng)汽車(chē)以其良好的環(huán)保、節能特性， 成為當今國際汽車(chē)發(fā)展的潮流和熱點(diǎn)。目前世界上許多發(fā)達國家的政府、著(zhù)名汽車(chē)廠(chǎng)商及相關(guān)行業(yè)科研機構都在致力于電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)與應用推廣。

車(chē)載電動(dòng)汽車(chē)充電器是電動(dòng)汽車(chē)大規模商業(yè)化后不可缺少的組成部分， 如何實(shí)現車(chē)載充電器對蓄電池快速無(wú)損傷充電是電動(dòng)汽車(chē)投入市場(chǎng)前必須解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文設計的充電器是一種加裝于電動(dòng)汽車(chē)上的車(chē)載充電設備， 通過(guò)對目前車(chē)載蓄電池的發(fā)展現狀和發(fā)展前景進(jìn)行分析， 以目前使用廣泛的閥控密封鉛酸電池為研究對象， 在技術(shù)上采用目前較為先進(jìn)又成熟的逆變技術(shù)， 具有體積小、重量輕、效率高、調節范圍大等特點(diǎn)。同時(shí)從功能角度， 它也適合鎳鎘、鎳氫， 鋰離子等類(lèi)型的動(dòng)力蓄電池。因此， 具有較大的實(shí)用價(jià)值。

1 智能充電系統總體結構設計

結合當前電動(dòng)汽車(chē)電能供給的典型方式和充電電源的發(fā)展狀況， 文章設計的智能充電系統如圖1所示。整個(gè)電路采用了AC /DC-DC /DC 的設計結構， 首先是220V 的交流市電經(jīng)EMI濾波、PFC校正電路變?yōu)?80V 的直流， 然后經(jīng)DC /DC 半橋變換及相應的控制電路， 保證輸出電流電壓滿(mǎn)足充電電池的需求。其中PFC 控制電路主要由MOSFET 管、Boost升壓電感、控制芯片ICE2PCS01以及直流濾波電容組成。DC /DC變換采用半橋式拓撲， 主要由高頻變壓器、MOSFET 管以及LC 濾波電路組成?？刂撇糠滞ㄟ^(guò)對蓄電池端電壓、電流信號的采集反饋， 由SG3525產(chǎn)生雙路PWM 波控制半橋拓撲中MOSFET管的通斷時(shí)間來(lái)控制充電電流和電壓， 其控制部分還包括對電流、電壓、溫度的采集監測以及實(shí)時(shí)顯示。

圖1 智能充電系統總體結構框圖

2 系統主要電路設計

2.1 APFC電路設計

本設計選擇工作于連續調制模式下的平均電流型升壓式APFC 電路來(lái)實(shí)現較為合適。具體的電路設計如圖2 所示， 控制芯片選用ICE2PCS01.由ICE2PCS01構成的有源功率因數校正電路。

圖2 有源功率因數校正電路

2.2 半橋式逆變部分設計

DC /DC變換是該充電電源的關(guān)鍵部分， 同時(shí)也是難點(diǎn)所在。整機性能的好壞、質(zhì)量?jì)?yōu)劣、成本高低在很大程度上取決于該逆變橋路。該部分如圖3所示， 主要包括變換器拓撲結構的選擇、功率管選擇、變壓器設計、吸收回路設計及濾波回路設計等。

圖3 半橋變換電路