電動汽車蓄電池無損傷快速充電方案

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(guān)行業(yè)科研機構(gòu)都在致力于電動汽車技術(shù)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(guān)鍵技術(shù)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(shù)上采用目前較為先進又成熟的逆變技術(shù)， 具有體積小、重量輕、效率高、調(diào)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(jié)構(gòu)設計

結(jié)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(jié)構(gòu)， 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^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(jié)構(gòu)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(diào)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(gòu)成的有源功率因數(shù)校正電路。
　　
圖2 有源功率因數(shù)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，同時也是難點所在。整機性能的好壞、質(zhì)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(jié)構(gòu)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

2.2.1 電路主變換拓撲結(jié)構(gòu)的選擇

在開關(guān)電源的各種變換拓撲中，半橋變換以其輸出功率大、結(jié)構(gòu)簡單、開關(guān)器件少、實現(xiàn)同等功率變換的成本較低且抗磁通不平衡能力強等優(yōu)點，成為該充電器結(jié)構(gòu)設計的首選。半橋電路由兩只數(shù)值相等、容量較大的高壓電容器組成一個分壓電路，通過控制一個橋臂上兩個開關(guān)管交替導通和截止， 在變壓器原邊產(chǎn)生高壓開關(guān)脈沖， 從而在副邊感應出交變的方波，實現(xiàn)功率轉(zhuǎn)換。該電路拓撲的一個突出優(yōu)點是阻斷電容C3 的連接使其具有抗磁通不平衡能力，有效防止磁偏。同時將變壓器初級側(cè)的漏感尖峰電壓鉗位于直流母線電壓， 將漏感存儲的能量歸還到輸入母線， 而不是消耗于電阻元件。