電動汽車車載智能快速充電器的研究與設計

摘要： 為滿足電動汽車蓄電池無損傷快速充電的需求， 提出將大功率開關電源變換技術應用于智能充電器。結合實際充電要求， 給出了電動汽車車載充電系統(tǒng)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。實驗結果表明該充電電源可以在短時間內實現(xiàn)對動力蓄電池的無損傷充電， 滿足快速充電的要求。文章所研究的車載智能充電器為新型電動汽車提供了一種可靠有效的充電設備， 具有很強的應用價值。

0 引 言

面對傳統(tǒng)燃油汽車尾氣排放造成的污染及其對石油資源的過度消耗所引發(fā)的環(huán)境與能源問題， 電動汽車以其良好的環(huán)保、節(jié)能特性， 成為當今國際汽車發(fā)展的潮流和熱點。目前世界上許多發(fā)達國家的政府、著名汽車廠商及相關行業(yè)科研機構都在致力于電動汽車技術的研究開發(fā)與應用推廣。

車載電動汽車充電器是電動汽車大規(guī)模商業(yè)化后不可缺少的組成部分， 如何實現(xiàn)車載充電器對蓄電池快速無損傷充電是電動汽車投入市場前必須解決的關鍵技術之一。本文設計的充電器是一種加裝于電動汽車上的車載充電設備， 通過對目前車載蓄電池的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展前景進行分析， 以目前使用廣泛的閥控密封鉛酸電池為研究對象， 在技術上采用目前較為先進又成熟的逆變技術， 具有體積小、重量輕、效率高、調節(jié)范圍大等特點。同時從功能角度， 它也適合鎳鎘、鎳氫， 鋰離子等類型的動力蓄電池。因此， 具有較大的實用價值。

1 智能充電系統(tǒng)總體結構設計

結合當前電動汽車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(tǒng)如圖1所示。整個電路采用了AC /DC-DC /DC 的設計結構， 首先是220V 的交流市電經EMI濾波、PFC校正電路變?yōu)?80V 的直流， 然后經DC /DC 半橋變換及相應的控制電路， 保證輸出電流電壓滿足充電電池的需求。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。控制部分通過對蓄電池端電壓、電流信號的采集反饋， 由SG3525產生雙路PWM 波控制半橋拓撲中MOSFET管的通斷時間來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(jiān)測以及實時顯示。

圖1 智能充電系統(tǒng)總體結構框圖

2 系統(tǒng)主要電路設計

2.1 APFC電路設計

本設計選擇工作于連續(xù)調制模式下的平均電流型升壓式APFC 電路來實現(xiàn)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鍵部分， 同時也是難點所在。整機性能的好壞、質量優(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