电动汽车快速充电系统设计

能量的问题， 但是电池的管理十分麻烦， 需要投入很 多人力， 成本较高) 使用快速充电， 可以使汽车在充电 站进行充电， 短时间补充电能)要使电动汽车得到普 及， 快速充电是必须解决的技术关键［６］) #" 主电路设计 ２．１ 基本设计要求 本设计为电动汽车快速充电系统， 输入 ３８０Ｖ 三 相交流电，负载承受最大电压 ７５Ｖ ，输出最大电流 １２０Ａ 的直流电) 若要实现电动汽车的普及， 充电效率 和功率因数都要提高) 本设计希望达到的功率因数为 ０．９５， 效率为 ０．９２) ２．２ 系统主电路拓扑选择 系统输入为三相 ３８０Ｖ 交流电， 要得到直流电需 要整流， 直接采用对电源整流得到的直流为脉动较大 的直流， 达不到需要的稳压精度也达不到需要的大电 流)所以需要将整流后的直流电逆变为高频交流电， 再整流到所需的直流电) 系统整体框图如图 １ 所示)
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电动汽车快速充电系统设计
杨国良 １ 吐尔逊娜依 ! 克依木 ２
（１ 燕山大学电力电子节能与传动控制 河北省重点实验室 秦皇岛 ０６６００４ ２ 巴音郭楞职业技术学院机电学院 新疆 库尔勒 ８４１０００ ） ［摘 要］ 电动汽车若要得到普及必将受到快速充电技术的制约)为满足充电电源的高效率* 高功率因数以及快 速充电方面的要求， 设计了以 １２０Ａ／７５Ｖ 为输出的 ９ｋＷ 电动汽车快速充电电源， 并根据具体的设计指标， 设计了适合 充电要求的充电电源主电路拓扑结构) 采用三相电流型可控整流电路和移相全桥逆变电路， 分析了工作原理， 计算了电 路参数， 通过仿真验证了本文设计电路拓扑能实现电源变换电路开关元器件的 Ｚ Ｖ Ｓ， 减小充电过程中原有的开关损耗， 实现充电电源的高效率) ［关键词］ 快速充电； 移相全桥； 双向 ＤＣ － ＤＣ
图 ! 电压型 "#$ 整流电路
２．２．２ 逆变电路 本设计采用的为移相全桥零电压 ＰＷＭ 电路， 它 是目前应用最广泛的软开关电路之一) 由于本设计采 用高频逆变， 开关频率计划采用 ２０ｋＨｚ， 所以计划选
边向副边传递能量) ｔ２－ ｔ３ 时段： 开关管 Ｓ１ 关断电流从 Ｓ１ 向电容 Ｃ１ 和 Ｃ３ 转移， Ｃ１ 充电， Ｃ３ 放电) 由于电容 Ｃ１ 电压从零 开始上升， 所以只要 Ｓ１ 关断时间小于 ｔ２－ ３， 开关 Ｓ１ 就认为是零电压关断) 电容 Ｃ１ 和 Ｃ３* 变压器漏感 Ｌｒ* 电感 Ｌ 构成谐振回路， Ａ 点电压逐渐下降， 直到 Ａ 点 电压下降到零， Ｖ Ｄ３ 导通， 电 流 ｉＬｒ 通过 Ｖ Ｄ３ 续流) ｔ３ 时刻 Ｓ３ 导通，由于 Ｖ Ｄ３ 的钳位作 用， Ｓ３ 两端电压为零， 可以零 电压开通)Ｓ３ 开通后， 电路状 态也不会改变， 继续保持到 ｔ４ 时刻 Ｓ４ 关断) 电流从 Ｓ４ 转移 到电容 Ｃ２* Ｃ４，由于 Ｃ４ 电压 从零开始上升，所以 Ｓ４ 也是 零电压关断［１８］) !"
!"引言 电动汽车采用蓄电池作为动力， 不会产生污染空 气的氮氧化合物* 二氧化硫等尾气)电能的来源有风 力发电厂* 水力发电厂* 火力发电等， 电厂都离居民区 较远， 对居民生活造成的影响较小， 能量从石油到动 力的转化率要低于煤到动力的转化率， 而且随着风力 发电* 水利发电* 太阳能发电等新型绿色能源的发展， 发电厂造成的污染也会越来越小［３］) 电动汽车既能够 缓解能源压力又能大大减轻生活对空气造成的污染) 电动汽车是汽车行业发展的方向， 电动汽车虽然得到 快速发展， 但是仍然没有得到普及的主要原因就是动 力电池问题， 一方面动力电池储电量有限， 可行驶里 程较短；另一方面是难以在短时间内为汽车补充电 能［４］) 电动汽车充电技术发展到现在常规充电技术* 快 速充电技术和快速更换电池三种方法［５］) 常规充电是 在夜间充电，可对电网使用起到削峰填谷的作用， 而 且功率 * 电流较小， 充电器成本也低， 但是充电速度 慢， 难以满足紧急需求)快换电池可以解决快速获得
图 & 移相全桥逆变电路图
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Ｓ４ 关断后电流从 Ｓ４ 转移到电容 Ｃ２* ｔ３－ ｔ４ 时段： Ｃ４， 由于 Ｃ４ 电压从零开始上升， 所以 Ｓ４ 也是零电压 关断)电容 Ｃ２* Ｃ４ 与 Ｌｒ 构成谐振回路， Ｌｒ 两端电压 不断减小， Ｂ 点电压逐渐上升， 直到 Ｃ４ 两端电压达到 电源电压， Ｓ２ 并联的二极管导通，这为 Ｓ２ 零点压开 通创造了条件)死区时时间必须大于这段时间， 否则 Ｓ２ 不能零电压开通) ｔ５－ ｔ６ 时段： Ｓ２ 开通后， 谐振电流继续减小， 下降 到零后反向增加， 直到 ｔ６ 时刻) 以上分析为半个周期， 下半个周期工作状态完全 相同， 在此不再赘述)
［收稿日期］ ２０１６－ ４－ ２１ ［作者简介］ １．杨国良 （１９７３－） ， 男， 汉族， 吉林公主岭人， 博士， 燕山大学副教授)研究方向为电机控制* 风力发电* 电力电子及智能控制等) ２．吐尔逊娜依 ! 克依木 （１９８４－） ， 女， 维吾尔族， 新疆库尔勒人， 巴音郭楞职业技术学院助教)研究方向为电气自动化)
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!"!" ! #路按器件类型可分为可控整流电路* 半控 整流电路和不可控整流电路三种 ) 本设计中采用 ＰＷＭ 整流电路能实现可控的交直流变换，而且可以 实现网侧电流的正弦化和网侧电压电流同相位， 即运 行中在单位功率因数状态，甚至可以使电能双向传 输) 所以， 本设计的整流电路采用 ＰＷＭ 整流电路) 如 图 ２ 所示
择 ＩＧＢＴ 作为逆变桥功率开关器件， 电路图如图 ３ 所 示) 设初始时刻开关管 Ｓ１ 和 Ｓ４ 导通) 同一桥臂两开 关管的导通是互补的， 但是存在死区， 因为管子的开 通和关断都需要一定时间， 比如拖尾时间等)避免一 个开关管关断还没结束， 同一桥臂上另一个开关管已 经开通了而造成短路， 所以同一桥臂两个开关管的导 通和关断之间要设置死区时间)为了控制输出电压， 同时导通的两个开关管又不是同时开通* 同时关断的 （Ｓ１* Ｓ４ 不是同时开通*同时关断的， Ｓ２* Ｓ３ 不是同时 开通* 同时关断的） ， 这就是所谓的移相， 在一个开关 周期 Ｔ 内， 每个开关导通时间都小于 Ｔ／２)只有两个 开关管都开通的时候， 原边才会向副边传送电能)移 相全桥电路理想工作波形如图 ４ 所示) ｔ１－ ｔ２ 时段： 开关管 Ｓ１ 和 Ｓ４ 同时导通， 变压器原