【正文】 也在逐年攀升，形成了以紅旗、奇瑞、中華等一大批國(guó)產(chǎn)品牌汽車為主的一股不可忽視的力量。90年代，電動(dòng)汽車的研發(fā)及產(chǎn)品化便成為世界主要汽車生產(chǎn)廠商的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)重點(diǎn)。如美國(guó)的“新一代汽車合作伙伴”項(xiàng)目(partnership for a New Generation of VehiclesPNGV)，日本新能源與工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織(New Energy and Industrial Technology Development OrganizationNEDO)協(xié)調(diào)所謂的“先進(jìn)清潔燃料汽車計(jì)劃”等。智能充電是使實(shí)際充電電流能夠動(dòng)態(tài)地跟蹤電池可接受的充電電流。這時(shí)需要時(shí)間一般為10多個(gè)小時(shí)，甚至20多個(gè)小時(shí)，充電時(shí)間長(zhǎng)，而且使用不便。目前，大多數(shù)電機(jī)車使用的電源都是鉛酸蓄電池組。汽車作為正逐步走進(jìn)人們消費(fèi)能力范圍的商品，將隨著人口數(shù)量的大幅度增加而增加。文章所研究的充電系統(tǒng)為新型電動(dòng)汽車提供了一種可靠有效的充電設(shè)備, 具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目：電動(dòng)汽車動(dòng)力電池充電系統(tǒng)功率部分 設(shè)計(jì) 院 （系）： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué) 生： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2012年 6月XXXVI 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目：電動(dòng)汽車動(dòng)力電池充電系統(tǒng)功率部分 設(shè)計(jì) 院 （系）： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué) 生： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2012年 6月11 電動(dòng)汽車動(dòng)力電池充電系統(tǒng)功率部分設(shè)計(jì) 摘要　　　 為滿足電動(dòng)汽車蓄電池?zé)o損傷快速充電的需求, 將大功率開(kāi)關(guān)電源變換技術(shù)應(yīng)用于充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)了由電動(dòng)汽車動(dòng)力電池充電系統(tǒng)功率部分。 采用功率因數(shù)校正以及隔離變壓調(diào)制的方式的充電電源，具有體積小、重量輕、可靠性高、整機(jī)變換效率高、對(duì)供電電網(wǎng)干擾小等特點(diǎn)。據(jù)德國(guó)市場(chǎng)研究所預(yù)計(jì)，在未來(lái)的8年里世界汽車數(shù)量將比現(xiàn)在增加16%。鉛酸蓄電池因其可循環(huán)再充電的特性，以及成本低廉、使用安全、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。另一方面，充電技術(shù)不能適應(yīng)鉛酸蓄電池的特殊要求，會(huì)嚴(yán)重影響蓄電池的壽命。充電系統(tǒng)根據(jù)電池的狀態(tài)確定充電工藝參數(shù)，使充電電流自始至終處于電池的可接受充電電流曲線附近，使電池幾乎在無(wú)氣體析出的條件下充電，做到既節(jié)約用電又對(duì)電池?zé)o損害。政府制定了詳細(xì)的規(guī)劃和嚴(yán)格的法規(guī)，目的就是為了鼓勵(lì)電動(dòng)車的研發(fā)工作。與此同時(shí)，眾多國(guó)家在電動(dòng)汽車科技創(chuàng)新方面也投入巨資，力爭(zhēng)搶占電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的制高點(diǎn)。 “九五”期間，電動(dòng)汽車被列入國(guó)家重大科技產(chǎn)業(yè)工程。電動(dòng)汽車作為21世紀(jì)清潔、高效和可持續(xù)發(fā)展的交通工具，目前大規(guī)模應(yīng)用的主要問(wèn)題是初始成本高和續(xù)駛里程不理想，制約其發(fā)展的主要因素之一是當(dāng)前電動(dòng)汽車充電效果不好，主要問(wèn)題是充電時(shí)間長(zhǎng)，充電效率低和充不滿，同時(shí)充電控制方法的選擇不當(dāng)，使多數(shù)充電器與蓄電池不匹配。 電動(dòng)汽車概況電動(dòng)汽車是指全部或者部分由電能驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為動(dòng)力系統(tǒng)的汽車，它并不是一個(gè)新興的概念，早在1905年就有人曾經(jīng)申請(qǐng)了用蓄電池作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)來(lái)改善內(nèi)燃機(jī)車輛加速性能的專利。按照目前技術(shù)的發(fā)展方向和車輛驅(qū)動(dòng)的原理，可分為純電動(dòng)汽車（PEV），燃料電池汽車（FCEV），混合動(dòng)力車（HEV）三類。低能耗、零排放的純電動(dòng)汽車必將大規(guī)模普及，具有巨大的市場(chǎng)發(fā)展空間。在日本，純電動(dòng)汽車與智能交通系統(tǒng)的組合已成為目前電動(dòng)汽車技術(shù)水平下使用和商業(yè)化的新途徑。純電動(dòng)汽車的發(fā)展離不開(kāi)充電設(shè)施的建設(shè)，目前，充電站建設(shè)的落后和車載充電器的效果不佳成為制約純電動(dòng)汽車發(fā)展的瓶頸之一。目前純電動(dòng)汽車正處在產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)末期和大規(guī)模示范運(yùn)行及產(chǎn)業(yè)化的初期，在技術(shù)上、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)上、基礎(chǔ)設(shè)施上還存在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的瓶頸，需要政府相關(guān)政策的支持。無(wú)論在哪一方面的應(yīng)用，都需要我們?cè)谔岣叱潆婋娫吹目焖傩院桶踩缘幕A(chǔ)上，朝著以下幾個(gè)方向努力：(1) 充電手段趨于現(xiàn)代化。(3)全集成化的充電電源。相控電源所用的變壓器是工頻電源變壓器，它的體積比較龐大，由此造成相控電源本身的體積龐大、效率低下，并且該類電源動(dòng)態(tài)響應(yīng)差、可靠性能低。由于調(diào)整管上損耗功率比較大，所以需要采用大功率調(diào)整管并且需要裝配體積很大的散熱器。對(duì)于鉛酸蓄電池來(lái)講，其中的分級(jí)定流充電法已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用?？傊?，新興的快速智能充電方法的應(yīng)用，充分發(fā)掘了蓄電池固有的可接受充電電流的潛能，使得充電時(shí)間大為縮短，充電效率成倍提高，提高了設(shè)備的利用率，同時(shí)提高了蓄電池的使用壽命，節(jié)省了電能，為各種充電器充電效能的提高奠定了基礎(chǔ)。這不但降低了輸入電路的功率因數(shù)，而且對(duì)公共電力系統(tǒng)產(chǎn)生污染，造成電路故障。為減少諧波對(duì)交流電網(wǎng)的污染，必須對(duì)電源產(chǎn)品如充電器、UPS、高頻開(kāi)關(guān)整流電源等的輸入電路進(jìn)行功率因數(shù)校正，以最大限度的減少諧波電流。20世紀(jì)80年代末推出了非連續(xù)導(dǎo)電模式(Discontinuous Conduction Mode，DCM) 的變換器，由于其輸入電流自動(dòng)跟隨輸入電壓變化以實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正，因此這種校正技術(shù)也稱為“電壓跟隨器”，采用DCM模式的PFC校正電路中只有輸出電壓一個(gè)控制量，因而控制方式比較簡(jiǎn)單，適用于中小功率場(chǎng)合。10%；功率因數(shù)：；效率：；最大充電電流：40A；最大輸出功率：。 功率因數(shù)校正原理 2功率因數(shù)校正原理功率因數(shù)(PF)定義為有功功率(P)與視在功率(S)的比值，用公式表示為: (）式中:為輸入電流基波有效值；為電網(wǎng)電流有效值,其中,……為輸入電流各次諧波有效值；為輸入電壓基波有效值；為輸入電流的波形畸變因數(shù)；為基波電壓和基波電流的位移因數(shù)。電力負(fù)荷如電動(dòng)機(jī)、變壓器等，屬于既有電阻又有電感的電感性負(fù)載?！　?1)自然功率因數(shù)：是指用電設(shè)備沒(méi)有安裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備時(shí)的功率因數(shù)，或者說(shuō)用電設(shè)備本身所具有的功率因數(shù)。(3)加權(quán)平均功率因數(shù)：是指在一定時(shí)間段內(nèi)功率因數(shù)的平均值。 功率因數(shù)矯正電路分為有源和無(wú)源兩類。由于該方案中應(yīng)用了有源器件，故稱為有源功率因數(shù)校正（APFC）。其中升壓式為簡(jiǎn)單電流型控制，PF值高，總諧波失真小，效率高，適用于75W~2000W功率范圍的應(yīng)用場(chǎng)合，應(yīng)用最為廣泛。，當(dāng)電感電流達(dá)到一定值時(shí)，開(kāi)關(guān)管開(kāi)始導(dǎo)通；電感電流下降到一定值時(shí)，開(kāi)關(guān)管陡然截止，它的控制方式是利用工作頻率改變來(lái)控制開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通和截止。這中方法的缺點(diǎn)是控制電路比較復(fù)雜，需要增添電流誤差放大器。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。其輸入側(cè)有儲(chǔ)能電感可以減小輸入電流紋波，防止電網(wǎng)對(duì)主電路高頻瞬態(tài)沖擊，對(duì)整流器呈現(xiàn)電流源負(fù)載特性；其輸出側(cè)有濾波電容可以減小輸出電壓紋波，對(duì)負(fù)載呈現(xiàn)電壓源特性。Boost變換器的電感在輸入側(cè)，一般稱之為升壓電感。 圖 不同開(kāi)關(guān)模式下的等效電路 電感電流連續(xù)工作方式下的主要波形有源功率因數(shù)校正(APFC)是在輸入整流和DCDC功率變換之間增加一級(jí)變換器，利用相應(yīng)的控制電路(現(xiàn)在主要采用專用集成控制芯片)及輔助電路，使輸入端電流波形接近正弦波形并保持與輸入電壓波形同相，從而使輸入端功率因數(shù)接近于1。 Boost型平均電流控制法PFC電路控制原理圖。當(dāng)電感電流上升時(shí)，PWM 比較器的占空比下降，從而電感電流減小；反之，則加大電感電流。10%（3) 額定輸出功率：（4)功率因數(shù)：≥傳統(tǒng)的用于電子設(shè)備前端的二極管整流器，因?yàn)閷?dǎo)致電源線的脈沖電流，干擾電網(wǎng)線電壓，產(chǎn)生向四周輻射和沿導(dǎo)線傳播的電磁干擾，導(dǎo)致電源的利用效率下降。然而，由于它固有的電流紋波較大，DCM很少應(yīng)用于大功率場(chǎng)合。 ICE2PCS01這種新的PFC控制器，是為了降低設(shè)計(jì)費(fèi)用和難度而開(kāi)發(fā)的。 在ICE2PCS01中，引腳 4用來(lái)設(shè)定開(kāi)關(guān)頻率；但是在ICE1PCS02中，引腳 4用于AC欠壓檢測(cè)。：輸出門驅(qū)動(dòng)器是一個(gè)快速的推挽式輸出門極驅(qū)動(dòng)電路。因?yàn)榫哂休^低的GATE下拉電壓，外部MOSFET能夠快速地開(kāi)關(guān)，從而降低了開(kāi)關(guān)損耗，提高了效率。Vsense電壓發(fā)送至誤差放大器，并且與內(nèi)部參考源（用于電壓環(huán)路調(diào)節(jié)）進(jìn)行比較。ICE2PCS01 在Vout超過(guò)額定值+5%的情況下，增強(qiáng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)模塊能夠?qū)⒄伎毡妊杆僬{(diào)整到零。：ICE2PCS01的基本工作原理與ICE1PCS01相同。芯片結(jié)構(gòu)如圖 ICE2PCS01芯片結(jié)構(gòu)圖 ICE2PCS01引腳功能表引腳引腳符號(hào)引腳功能 1 GND 接地 2 ICOMP 電流循環(huán)補(bǔ)償 3 ISENSE 電流意義上的輸入 4 FREQ 交換頻率設(shè)置 5 VCOMP 電壓循環(huán)補(bǔ)償 6 VSENSE 輸出電壓反饋輸入 7 VCC 集成電路供應(yīng)電壓 8 GATE 門開(kāi)輸出 。 V~ V(典型值)； V(典型值, V時(shí))；℃~150℃； 100032 Class D標(biāo)準(zhǔn)的諧波分量要求。采用英飛凌先進(jìn)的APFC控制芯片，通過(guò)對(duì)電壓外環(huán)，電流內(nèi)環(huán)的精確控制，實(shí)現(xiàn)APFC校正的目標(biāo)。當(dāng)輸入電壓最低時(shí)輸入最大電流，有： (）在電流紋波和峰值電流之間最好的妥協(xié)辦法就是允許電感電流有20%的紋波，即： (）則Boost電感峰值電流為： (）電感電流最大峰值時(shí)占空比為： (）所需要的升壓電感值為： (）(2) 功率因數(shù)校正開(kāi)關(guān)管的選擇在本課題設(shè)計(jì)的PFC主電路中，開(kāi)關(guān)管承受的最大直流電壓為。 ()式中，——保持時(shí)間，電網(wǎng)斷電后要求電容在時(shí)間內(nèi)電壓不低于一定值；——直流輸出電壓；——要求電網(wǎng)斷電后，在保持時(shí)間內(nèi)電容電壓的最小值；根據(jù)計(jì)算，Boost輸出電容容量為3700uF，由5個(gè)750uF/450V的電解電容并聯(lián)組成。與傳統(tǒng)連續(xù)導(dǎo)通型PFC方式相比，它不用直接從AC線路檢測(cè)正弦信號(hào)作為參考信號(hào)，采用平均電流控制方式實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)。ICE2PCS01的控制電路中主要外圍參數(shù)設(shè)計(jì)如下：(1) 電流檢測(cè)電阻的選擇主電路上檢測(cè)電阻上的負(fù)壓降必須維持在一個(gè)比較低的值，保證產(chǎn)生的信號(hào)能夠避免受干擾，同時(shí)也不至于造成太大的能量損失。電路中,分別取為，(可調(diào)電位器)。用間接正弦波檢測(cè)方法的ICE2PCS01集成了電流調(diào)整器環(huán)路，方框圖如下。M1為非線性增益的方框輸出，M1max=。因而得到，取。(176V AC)及15kHz及40176。 誤差放大器的補(bǔ)償回路其傳輸函數(shù)如下： ()此處為OTA1的跨導(dǎo)增益，典型值為42uS。例如對(duì)于50Hz AC線路輸入，PFC電壓環(huán)帶寬通常設(shè)置在20Hz以下。對(duì)100Hz紋波的增益。它是由兩個(gè)容值相等的電容C1和C2構(gòu)成一個(gè)橋臂，開(kāi)關(guān)管V1和V2及反向并聯(lián)二極管D1和D2構(gòu)成另一個(gè)橋臂，兩橋臂的中點(diǎn)A和B為輸出端，可以通過(guò)變壓器Tr變壓輸出，也可以由這兩端直接等壓輸出。當(dāng)開(kāi)關(guān)管V2導(dǎo)通時(shí)，則。如果輸出端接的是電感負(fù)載L，則電感L的電流為三角波。由此可知，在感性負(fù)載時(shí)開(kāi)關(guān)管和、二極管和是輪流導(dǎo)通的。二極管和的最大電流值為。圖 半橋變換電路的設(shè)計(jì)(1) 初級(jí)電流、輸出功率、輸入電壓之間的關(guān)系設(shè)半橋變換器的效率為90%，則有。(3)