余岳 汪紅霞

摘 要：根據(jù)設(shè)計目標(biāo)：充電裝置輸出功率10kw，充電樁主電路由輸入電路、全橋DC/ DC 直流變換器和輸出電路組成，輸出最大電流100 A，輸出最高電壓100 V，輸出電壓紋波控制在±2%以內(nèi)，從硬件結(jié)構(gòu)，控制算法的層面上對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了設(shè)計的可行性，

關(guān)鍵詞：大功率充電樁 實(shí)驗(yàn)研究 硬件設(shè)計

中圖分類號：T H1 3 3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（a）-00-01

1 充電樁硬件設(shè)計

1.1 硬件總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要包括8個部分：交流輸入：50 Hz 220 V的市電，主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有待進(jìn)一步的確定（全橋式開關(guān)電源電路），充電對象：電動汽車車用鋰電池，驅(qū)動電路：用于驅(qū)動主電路的開關(guān)，保護(hù)電路：用于系統(tǒng)過壓、過流、短路、過熱等保護(hù)，采樣電路：用于采集充電電池的電壓和電流信號，控制電路：與上位機(jī)通信并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制算法，人機(jī)交互界面（上位機(jī)）：對系統(tǒng)進(jìn)行全面的監(jiān)控（電池電壓、充電電流、溫度、電池電量等）；能夠進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置（充電模式設(shè)定、充電電量設(shè)定、主電路輸出電壓、電流的設(shè)定等）。

1.2 主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示主電路是能量傳遞單元，其可靠性、效率高低影響到整個充電器的工作。因此，根據(jù)功率傳遞要求，選擇合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是十分重要的。常用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分為隔離型與非隔離型。與隔離型相比，非隔離型雖然也能完成電壓變換的功能，但存在著局限性：如輸入輸出不隔離存在安全隱患，輸入輸出電壓電流比不能太大，無法實(shí)現(xiàn)多路輸出等，比較適用于小功率場合。全橋拓?fù)渑c半橋拓?fù)湎啾?，在輸入電壓和輸入電流相同的情況下，能夠提供兩倍的功率，適用于大功率的場合。考慮到本系統(tǒng)輸出功率的要求及以后的可拓展性，可以選擇全橋式變換器作為我們的主回路。主電路主要包括兩個不可控整流橋，4個IGBT，兩個濾波電感L1、L2，兩個濾波電容C1、C3，一個變壓器及其初級阻斷電容C2，一個二極管D1。系統(tǒng)輸入電壓為AC380 V，經(jīng)過不可控整流得到C1上的電壓為537 V。本系統(tǒng)參數(shù)定為：最高充電電壓為DC380 V，最大充電電流為100 A，功率等級為10 kW，變壓器匝數(shù)比為1∶2。

2 控制算法

對鋰電池模型負(fù)載進(jìn)行先恒流（CC）再恒壓（CV）控制。鋰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(jìn)行恒流充電。（C是電池的容量，如C=800 mAh，1C充電率即充電電流為800 mA）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(shí)際充電過程中，當(dāng)充電電流減小到0.015C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該文采用方波調(diào)制策略，方波信號頻率5 kHz，鋸齒波（載波）頻率60 kHz，調(diào)制范圍0～1。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

期望輸出直流電壓為80 V，輸出電流達(dá)到101 A時，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2：當(dāng)負(fù)載電流為達(dá)到101 A時，實(shí)際輸出電壓為80.9 V，輸出電壓精度為1.125%。

圖2 輸出電壓電流波形

4 結(jié)語

通過實(shí)驗(yàn)研究，以單相零電壓零電流開關(guān)切換DC-DC變換器為基礎(chǔ)，研究一種基于DC-DC變換器的電動汽車充電樁的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，同時，對零電流開關(guān)切換DC-DC變換器的控制策略進(jìn)行研究，10 kW 充電樁電路結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理、工作可靠。性能完全符合設(shè)計要求。