集成式电动汽车用车载充电器研究分析_熊云

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1、...页眉集成式电动汽车用车载充电器的研究熊云1钟再敏1孙泽昌1牛宇航2（1.同济大学；2.上海燃料电池汽车动力系统有限公司）【摘要】论述了一种应用于电动汽车的集成式多功能车载充电器的开发与应用背景，介绍了该款充电器的主电路结构、工作原理和主要特点，并应用计算机仿真技术对产品设计进行了检验与优化。对样机进行了功能与性能测试试验，结果表明，该款充电器具备高效和运行稳定的特点，适合车载运行。主题词：电动汽车车载充电器集成式中图分类号：U463.5文献标识码：A文章编号：1000－3703（2009）11－0020－041前言电动汽车充电装置总体上可分为非车载充电装置和车

2、载充电装置。非车载充电装置亦称地面充电装置，包括专用充电机、专用充电站、通用充电机、公共场所用充电站等，它可以满足各种电池的各种充电方式要求。通常，非车载充电器的功率、体积和质量均比较大，能够满足各种功率需求。车载充电装置是指安装在电动汽车上的、采用地面交流电网或车载电源对电池组进行充电的装置，包括车载充电机、车载充电发电机组和运行能量回收充电装置，它将交流动力电缆线直接插到电动汽车的插座中给电动汽车充电。车载充电装置通常使用结构简单、控制方便的接触式充电器，也可以是感应充电器，其完全按照车载蓄电池的种类进行设计，针对性较强。本文重点介绍一款车载集成式充电机，其兼具

3、高压交直流充电机与直流转换器的功能特点。2.集成式充电机的电路结构与工作原理该款集成式充电机主要针对上海燃料电池汽车动力系统有限公司自主研发的高、低速微型电动车。但从功能角度，它也适合目前所有配备动力蓄电池的电动汽车。2.1集成式充电机的主电路结构及特点集成式车载充电机，按照功能可划分为交直流高压充电器（Charger）和低压直流变换器（DCL）两部分，具体结构如图1所示。图1集成式车载充电机结构图由图1可知，该集成式充电机的变压器电路为一组输入、两组输出；两组输出电路共用一组控制电路，通过控制充电机变压器输入侧4个开关管的通和断，来实现不同的输入源对应不同的隔离输

4、出电源。因此，该充电机的工作分为两个模式，其电路结构具有以下特点：a.集成度高。在交直流高压充电器基础上，在变压器副边，另外集成了一组绕组线圈以及对应的整流电路，实现了低压直流变换器的功能。通过这种集成方案，不仅降低了成本，而且大大减小了产品体积，便于实现车载运行的要求。....页脚...页眉b.隔离输出。通过直流变压器的电磁转换，实现了直流—直流变压隔离输出。c.能量转换效率高。主要由于该电路具备实现软开关的条件，通过采用全桥移相控制策略，实现功率管（MOSFET）零电压开通（ZVS），显著提升了电源转换效率。d.控制系统相对复杂。由于集成了Charger和DCL

5、功能，并要求实现软开关达到高转换效率，因此，控制系统必须实现两种工作模式的切换与保护，两种工作模式的恒流、恒压控制与功率限制等功能导致了控制算法相对复杂。2.2集成式充电机的工作原理由图1可知，通过对交流电输入以及动力蓄电池供电继电器的控制，实现了两种工作模式的切换。同时，在输出电流较小的高压输出端，采用开关控制，实现了高、低压的可控输出。另外，结合目前电动车的功率需求以及普通民用电源插座允许输出功率范围，该集成式充电机的额定输出功率为2kW。a.Charger模式工作原理：将公共电网的220V、50Hz交流电进行整流（包含功率因数调制功能），得到312V的直流电源

6、作为变压器的直流输入，通过全桥变换以及整流处理，可以实现加大范围的直流电压输出，为不同电压等级的动力蓄电池充电。该模式通过闭环控制算法实现恒流输出与恒功率保护等功能。b.DCL模式工作原理：以动力蓄电池的高压直流电源作为变压器的直流输入，通过全桥变换以及整流处理，可以得到稳定的直流电压输出，为12V蓄电池充电；通过闭环控制算法实现恒压输出与恒功率保护。通过电路结构以及控制逻辑设计，可以确保集成式充电机在某一时刻只能在一种确定的模式下工作；通过计算分析得到关键零部件以及主电路设计能够满足两种工作模式的需求。3.计算机仿真结果分析针对目前某公司相关车型的需求，相关参数如

7、下：Charger模式下，功率为2kW，输入为220V交流电压，输出为140V直流电压，采用恒定电流控制模式；DCL模式下，功率为1.5kW，输入为140V直流电压，输出为13.5V直流电压，采用恒定电压控制模式。以此为基础，进行变压器铁芯的选型、变压器原副边线圈匝数以及原副边线圈线径的确定。3.1Charger模式仿真分析Charger模式工作时，控制从动力蓄电池到车载充电器变压器铁芯的原边绕组接触器切断，作为高压输出线路开关的MOSFET闭合，并使用220V交流电为整个系统供电，通过整流处理以及全桥变换实现对动力蓄电池进行恒流充电的功能。通过Matlab的仿