2022年大功率电动汽车充电机的方案设计书.docx

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1、精品学习资源大功率电动汽车充电机的设计 图作者： 何占伟刘捷 王志本纯电动汽车以锂电池为动力源，布满电后，以电力做功推动汽车；不同于汽油发动机汽车需要添加汽油，纯电动汽车在电力耗光后通过外置电源对其进行充电，通常单次行驶里程在 100200 公里；与传统汽车相比， 纯电动车在使用成本上有着无以比拟的优势，百公里约消耗 15 度电，成本 8 元，仅相当于汽油发动机汽车成本 1/10 ；目前，国家已着手进行电动汽车和新能源汽车的示范推广，电动汽车充电站就是主要环节之一，必需与电动汽车其他领域实现共同和谐进展；充电模式电动汽车能源供应系统主要由供电系统、充电系统和动 力蓄电池构成；另外，仍包括充电监

2、控、电池治理和烟 雾报警监控等；充电机是充电系统的重要组成部分；充 电站给汽车充电一般分为三种方式：一般充电、快速充 电、电池更换；一般充电多为沟通充电，对于容量不超 过 5kW的沟通充电机，输入为额定电压220V、50Hz的单相沟通电，对于容量大于 5kW的沟通充电机，输入为额定线电压 380V、50Hz的三相沟通电；将沟通插头直接插在电动汽车充电接口，充电时间大约需要48 小时；快速充电多为直流充电，直流充电机输入为额定线 电压 380V、50Hz 的三相沟通电，输出电压一般不超过700V，输出电流一般不超过700A；沟通输入隔离型AC/DC充电机的输出电压为额定电压的50%100%，并且

3、输出电流为额定电流时，功率因数应大于0.85 ，效率应不小于 90%；欢迎下载精品学习资源充电机应能够保证在充电过程中动力蓄电池单体电压、温度和电流不超过答应值；充电机应具备防输出短路和防反接功能；充电机至少能为以下三种类型动力蓄电池中的一种充电：锂离子蓄电池、铅酸蓄电池、镍氢蓄电池；动力电池组充电模式采纳“恒流恒压”两阶段充电模式；充电开头阶段，一般采纳最优充电倍率 锂离子电池为 0.3C 进行恒流充电； C 是电池的容量，如C=800mA，h 1C充电率即充电电流为 800mA）在这一阶段，由于电池的电动势较低，即使电池充电电压不高， 电池的充电流也会很大，必需对充电电流加以限制；所 以，

4、这一阶段的充电叫“恒流”充电，充电电流保持在 限流值；随着充电的连续，电池电动势不断上升，充电 压也不断上升；当电池电压上升到答应的最高充电电压 时，保持恒压充电；在这一阶段，由于电池电动势仍在 不断上升，而充电电压又保持不变，所以电池的充电流 呈双曲线趋势不断下降，始终下降到零；但在实际充电 过程中，当充电电流减小到 0.015C 时，说明充电已满就可停止充电；这一阶段的充电叫“恒压”充电，这一 阶段的充电电压： U=E+IR为恒压值；这是锂离子动力电池组对充电模式的基本要求；此外，充电系统仍必需具 有自动调剂充电参数、自动掌握和自动爱护功能；特别 在恒压充电阶段，假如单体电池的充电电压超过

5、答应的 充电电压时，充电机应能自动减小充电电压和电流，使 该电池的充电电压不超过答应的充电电压，防止该电池 过压充电；充电过程及充电电压、电流的变化如图1 所示；欢迎下载精品学习资源图 1 充电曲线（ n 为电池组中串联的单体电池个数）依据电池的充电特性和电动汽车动力电池组的充电要 求，常用充电设备为充电机，可分为直流充电机和脉冲充电机两类；直流充电机就是把电网电源经过整流滤波后隔离稳压输出直流电源，供应动力电池组进行充电；目前使用最多的直流充电机是高频开关电源充电机；它具有体积小、重量轻、工作牢靠、效率高、功率因数 高、电网适应才能强、功率可小可大，简洁实现智能化等优点；脉冲充电机可以削减电

6、池在充电时产生的极化现象，从而提高电池的充电效率，削减充电时间，实现快速充电，但脉冲充电器技术有待进一步讨论；电动汽车充电时间长，充电难是电动汽车推广应用的一 个难题；以一辆大型锂动力电动大巴为例，配置电池容 量 700Ah；最大充电电流 210A（相当于 700AH电池容量的 0.3C 充电率），最高充电电压 700V（相当于 165 只最高充电电压 4.2V 左右的锂电池单体串联电压），那么需要充电器的最大输出功率为245kW；按最优充电要求对电动汽车充电的充电时间，至少需要3 小时；因此，电动汽车的充电方式不能像燃油汽车在加油站加油 那样进行充电；假如 20 分钟快速布满电，至少要用 3

7、C欢迎下载精品学习资源的充电倍率进行充电，这对于磷酸铁锂锂离子电池来说是可能的；综上所述，电动汽车的充电仍是采纳一般充电为主、快速补充充电为辅的充电方式；对于电动公交车而言，充电站设在公交车总站内；在晚间下班后利用低谷充电， 时间 56 小时；全天运行的车辆，续驶里程不够时， 可利用中间休息待班时间进行补充充电；充电器的数量和容量依据车队的规模而定，充电站由车队治理；例如， 12 辆大型锂动力电动大巴需要 12 台充电机；快速充电时，可用 6 台充电机并联充电，最大输出功率为1470kW，最大充电电流 2100A（相当于 700AH电池的 3C充电率）；或者用 8 台充电机平常为 8 辆电动车

8、辆充电，每台输出最高充电电压 700V，最大充电电流 500A（相当于 700AH电池用量 0.7C 的充电率）； 1C3C 的快速充电模式，已经在探讨应用，但应确保在电池的安 全和使用寿命的前提下进行；依据上述充电机的最大功 率配置，电力变压器有效总功率约为3000kW以上；目前汽车各大厂商纷纷研制上产油电混合动力车和纯电 动汽车；以比亚迪 E6 纯电动汽车为例，电池类型为磷酸铁钴锂电池，配置电池容量 200Ah，3C的充电电流为600A，标称电压 316.8V（相当于 96 只充电电压 3.3V 左右的磷酸铁钴锂电池单体串联电压）；充电器的输出功率为 192kW；快速充电时间 15 分钟布

9、满 80%；百公里能耗为 21.5 度电左右，相当于燃油车 1/3 至 1/4 的消费价格；系统结构欢迎下载精品学习资源大功率电动汽车充电机的输入为额定线电压380V、50Hz 的三相沟通电，输出额定电压 700V，额定电流 600A；系统采纳 19 标准机架，结构紧凑、布局合理、外型美观大方；外型尺寸：高宽深为2200mm600mm600mm；采纳 60 个模块并联，每个模块 10A/700V，模块尺寸：高宽深为133mm425mm270mm， 15 层 4 列，分四个柜体安放，四个柜体可分开运输，使用时紧凑左右排列；机架前 门、后门均为双开门，便利检修；电源进线和汇流排输出位置均在底部输入

10、；电源输入断路器及监控单元触摸屏安装在主机中间掌握柜前部；充电机掌握结构示意图如图 2 所示；图 2 充电机掌握结构示意图开关电源主回路设计电动汽车充电机采纳的大功率高频开关电源的原理框图 如图 3 所示，由三相桥式不行控整流电路对三相沟通输入进行滤波整流，功率因数校正预稳压800V后经高频DC/DC半桥功率变换器，滤波输出直流700V为动力蓄电池充电；经过分析运算，变压器采纳双E65 磁芯，初级线圈 12 匝，就依据输出电压最高 700V、输入电压最低780V、最大占空比 0.95 可求得次级绕组圈数 N2， N2=12/780 700/0.95=11.33，考虑漏感、次级整流压降等因素取

11、N2为 12 匝；欢迎下载精品学习资源图 3 充电机电源的原理框图由于电动汽车充电机为非线性负荷，会产生谐波，对电网是一种污染；必需实行有效措施，如功率因数校正或无功补偿等技术，限制电动汽车充电机进入电网的总谐波量；为提高功率因数，降低输入电网谐波，采纳有源功率因数校正电路，如图 4 所示；它采纳三相三开关三电平 BOOST电路，工作在连续模式，开关采纳两个MOSFE组T 合成的双向开关；图中，开关S1，S2，S3 是双向开关；由于电路的对称性，电容中点电位VM与电网中点的电位近似相同，因而通过双向开关S1、S2、S3 可分别掌握对应相上的电流；开关合上时对应相上的电流幅值增大，开关断开时对应

12、桥臂上的二极管导通 电流为正时，上臂二极管导通；电流为负时，下臂二极管 导通 ；在输出电压的作用下Boost 电感上的电流减小，从而实现对电流的掌握；其掌握电路采纳三个掌握芯片 UC3854A，相电压通过三相隔离变压器向UC3854A供应同步信号和预校正信号，电流反馈采纳霍尔电流互 感器，分别掌握三个开关，形成三个电流反馈内环和一 个电压反馈外环的多闭环系统；该电路的优点在于结构 简洁，每相仅需一个功率开关；具有三电平特性谐波电 流小，开关管电压电流应力小；不需要中线，无三次谐 波，满载时功率因数很高；开关应力小，关断压降低，欢迎下载精品学习资源开关损耗低，共模 EMI低；图 4 三相三开关三

13、电平 APFC电路拓扑图DC/DC功率变换器采纳半桥电路拓扑，功率器件少，控制简洁，牢靠性高；如图 5 所示，采纳 MOSFE和T IGBT并联技术，充分利用了MOSFE开T 关速度快和 IGBT导通压降低的优点；在电路上实行措施，使得MOSFE的T 关断时间比 IGBT推迟肯定的时间，大大减小了 IGBT的电流拖尾，降低了开关通态损耗，提高了效率和牢靠性， 使得半桥电路的输出功率可以实现7kW；其输出侧采纳的整流方式有半波整流，中心抽头全波整流及全桥整流；由于输出电压较高，全桥整流对变压器利用率高， 比较适合用于这种场合；图 5 MOSFET/IGBT并联组合开关电路欢迎下载精品学习资源图

14、6 PWM强迫均流法工作框图系统采纳 PWM强迫均流法，工作框图如图 6 所示；这是一种系统电压掌握和强迫均流相结合的改进方法，其工 作原理是将系统母线电压 Us 和系统的基准电压 Ur 相比较产生误差电压 Ue，用该误差电压掌握 PWM调制器，得到的 PWM信号去掌握每一模块的电流；每个模块的电流 要求信号都是相同的， PWM信号通过光耦与模块的输出 电流进行比较，调剂模块参考电压，从而转变输出电压，调剂输出电流，实现均流；这样，每个模块都相当 于电压掌握的电流源；这种均流方式精度高，动态响应 好，可掌握模块多，可以很便利地组成冗余系统；强迫 均流依靠于某一模块，假如该模块失效，就无法均流， 所以必需设计模块故障退出功能；在强迫均流中，系统 模块数可达 100 个，即使模块电压相差较大，参数设置好后不需任何调整，均流精度优于1, 负载响应快，无振荡现象，满意应用需要；欢迎下载