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摘要：
分析电动汽车恒流恒压充电法、三段式充电法和脉冲式充电法的缺点，设计一种电动汽车自适应快速直流充电系统。电动汽车充电模块功率变换系统采用模块化结构，由18只3kW的小模块并联而成，各功率模块由内部单片机进行控制，再由计算机主机统一通过串口控制。测试结果表明，系统能够根据检测到的电池组充电状态，自适应调整充电电流的大小及脉宽，发挥电池最大接收电流的能力，达到快速充电的目的。
关键词：
电动汽车；自适应；快速充电；模块化；电流脉宽
0引言
随着石化能源的日益减少以及价格的不断上涨，新能源电动汽车由于其零排放、耗能低等优异特点，倍受各方关注。然而电动汽车电池的快速充电一直是阻碍其发展的瓶颈。目前对电动汽车电池的充电方式有：1）恒流恒压充电法，先以恒定电流充电到额定值，然后改为恒定电压，完成剩余的充电过程；2）三段式充电法，先以恒定电流充电到额定电压，然后改为恒定电压充电到额定的电流值，最后改为涓流充电到结束；3）脉冲式充电法，用固定宽度的脉冲电流对电池充电，然后让电池停充固定时间，再以固定宽度的脉冲电流对电池充电，如此反复循环，直到充满。以上三种充电方式存在共同的缺点是充电的电流不能太大，因而充电的速度不快［12］。电动汽车自适应快速直流充电系统则能够在电动汽车充电之前，对电动汽车的电池组状态进行检测，利用单片机控制充电系统的充电电流大小及电流的脉宽进行充电，并实时检测充电状态，及时调整充电电流的大小及充电电流的脉宽，自适应发挥电池最大接收电流的能力，从而达到对电动汽车快速充电的目的［35］。
1系统总体设计
本文中单台充电机电功率大于50kW，最大充电电流达400A，电能的转换效率达92％，功率因数大于98．5％。如果功率变换系统做成一个大的充电模块，其安全性能及可靠性都较低，而且不利于维护。因此，功率变换系统采用模块化结构，由18只3kW的小模块进行并联而成，每只3kW小模块的电路充电电压、电流都由内部的单片机进行控制，18只3kW的小模块内部的单片机则由计算机主机统一通过串口控制。采用这种模式不仅充电系统的功率有足够冗余，而且产品的可靠性得到很大的提高。3kW模块电路。电动汽车直流充电系统自适应快速充电过程：首先用单片机检测电路检测出电池实际容量，从而控制输出电路的脉冲充电电流宽度，使电池在深度放电后，以较小脉冲宽度电流充电，即平均电流约0．1C，有利于激活电池内的反应物质；当单片机检测电路检测出电池可以接收较大电流充电时，此时调宽充电脉冲，使其以大电流快速充电30min，即平均电流约1C；而后再根据电池接收能力，调窄充电脉冲，完成充电过程。
2系统硬件设计
系统硬件设计主要包括输入EMI滤波和整流电路设计、功率因数校正电路设计、移相全桥电路设计、单片机控制电路设计、输出控制电路设计和充电接口设计等［7－10］。
2．1输入EMI滤波和整流电路设计输入
EMI滤波和整流电路如图3所示。交流市电经EMI滤波后，再通过由二极管组成的全桥整流电路将交流市电整流成脉冲的直流电，该脉冲直流电一路输入功率因数校正电路，另一路输入辅助电源电路。
2．2功率因数校正电路设计
。功率因数校正电路以L4981A芯片为核心，可以提高本充电器的功率因数，减少电路损耗。经过功率因数校正后的脉冲市电进入移相全桥开关电路。
2．3移相全桥电路设计
移相全桥电路如图5所示。移相全桥电路以UC3895芯片为核心，输出PWM脉冲信号驱动移相全桥电路四个MOSFET开关管。移相全桥开关电路将市电脉冲电流转换成所需的直流电源，送到输出控制电路［1113］。此外，本文在充电系统主电路上采用了在有源功率因数校正电路和移相全桥电路之间再增加滤波电路，隔离有源功率因数校正电路和移相全桥电路相互之间的高频干扰，使系统的各单元电路更能稳定可靠地工作。为增加隔离滤波电路前后脉冲信号对比波形。对比发现，采用隔离滤波电路有效抑制了高频干扰。
2．4单片机控制电路设计
选择性能稳定的MCS51系列单片机AT89C2051芯片及其外围电路器件。单片机检测电路先检测电池的状态，然后控制输出控制电路，使其输出足够大小的电流和电流的脉宽［1415］。
2．5输出控制电路设计
输出控制电路如图8所示。通过单片机检测电池的电压状态，然后控制输出控制电路，从而获得足够大小的电流和电流的脉宽。如电池在深度放电后，单组铅酸电池的电压会低于10．5V，此时电池接收充电电流的能力较小，宜采用较小脉冲宽度电流充电，否则会损坏电池；当单组铅酸电池电压大于10．5V时，电池接收充电电流的能力较大，可采用较大脉冲宽度电流充电，有利于完成电动汽车电池的快速充电；当单组铅酸电池电压大于14．1V时，电池接收充电电流的能力下降，可采用较小脉冲宽度电流充电，有利于完成电动汽车电池充满电。此电路设计达到电池接收最大电流的能力，调整充电电流的大小及电流的脉宽，及时完成快速充电的功能。
2．6充电接口设计
采用具有防热功能的充电接口电路，增加了快速充电接口的使用寿命。在通用充电接口容易发热的金属触头处安装温度检测探头，电动汽车充电时，如果插座与插头接触不良，充电接口温度会上升，超过国家标准中规定的70℃时，充电接口电路发出信号到充电机控制电路，减少充电电流并报警，使充电接口中火线金属触头、零线金属触头温度不再上升，防止由于金属触头温度过高而造成电路短路，烧毁电气设备，引起火灾等突发事故，延长充电设备使用寿命。经测试，本设计的接口装置充电10000次以上未出现发热现象，填补了国内空白。
3系统软件设计
本充电机的显示和主要控制部分是由计算机来完成。通过可视化的VB语言编程，实现刷卡充电，充电过程有语音提示，充电结束由微型打印机打出凭条，通过对程序的升级，实现充电联网。
4系统测试
对四组18只3kW模块进行并联后。18个并联的3kW模块输出电流均接近于10A，不论在重载还是轻载的情况下，都可以实现均流充电。这一技术将为以后研制更大功率的充电设备打下基础。
5结论
本文介绍了一种电动汽车自适应直流快速充电系统，电动汽车充电模块功率变换系统采用模块化结构。采利用该方法充电，可实现对电池无损害情况下快速充电，克服电动汽车发展的瓶颈。通过对充电机实际测试，可得如下结论：1）采用防热功能的快速充电接口电路，可使充电接口使用寿命延长1．5倍以上。2）增加滤波电路，有效隔离了有源功率因数校正电路和全桥移相电路之间存在的高频干扰。3）多只3kW转换模块并联时，不论在重载还是轻载下，都能均流工作。4）先采用宽脉冲对电池组进行自适应充电，当容量达90％后，采用尖脉冲微分波形对电池组进行充电，可使其容量激活到最大。
作者：沈翠凤 单位：盐城工学院电气工程学院
参考文献
［1］侯聪玲，吴捷，李金鹏，等．蓄电池充电方法的研究［J］．电源技术应用，2007，7（2）：118～121．
［2］王艳茹，李文坡，陈杰．脉冲充电提高铅蓄电池充电效率的研究［J］．电池工业，2010，15（4）：222～225．
［3］段朝伟，张雷，刘刚．电动汽车铅酸电池脉冲快速充电系统设计［J］．自动化仪表，2013，34（7）：75～77．
［4］杜娟娟，裴云庆，王兆安．电动车铅酸蓄电池的脉冲快速充电设计［J］．电源技术应用，2005，8（3）：28～31．
［5］沈翠凤，裴玉兵．一种电动汽车自适应快速充电系统［P］．中国专利：201110190635．9，2011－07－08．
［6］沈翠凤，裴玉兵．电动汽车车载式永磁发电机智能充电控制系统［P］．中国专利：201210295505．6，2012－08－20．
［7］肖金球，刘士游，陈聪伟，等．基于ARM的电动汽车智能快速充电系统研究［J］．电源技术，2015，39（4）：815～817．
［8］江友华，童永，曹以龙．电动汽车智能充电器的设计与实现［J］．电力电子技术，2012，46（2）：38～40．
［9］江秀道．电动汽车智能充电系统研究［D］．江西：南昌大学，2011．
［10］陈磊．基于TMS320F2812的电动汽车智能充电系统的研究及实现［D］．四川：电子科技大学，2009．
［11］缪晓忠．高功率因数软开关车载充电机设计［J］．变频器世界，2010，（11）：116～119．
［13］李晶，姜久春．纯电动汽车充电机系统稳定性研究［J］．电力自动化设备，2012，32（9）：13～17