【正文】 燃料電池車本身也是純電動汽車的一種，而且，氫燃料電動車還存在著安全隱患。 發(fā)展趨勢2009年國內(nèi)共計約生產(chǎn)銷售30多萬組電動車用鋰離子電池，其中70%以上出口到歐美地區(qū)，國內(nèi)大約占到15%左右。由于鋰金屬的化學(xué)特性非?；顫?，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環(huán)境要求非常高，所以鋰電池長期沒有得到應(yīng)用。鋰電池廣泛應(yīng)用于水力、火力、風(fēng)力和太陽能電站等儲能電源系統(tǒng)，郵電通訊的不間斷電源，以及電動工具、電動自行車、電動摩托車、電動汽車、軍事裝備、航空航天等多個領(lǐng)域。如果不滿足其充電及使用要求，很容易出現(xiàn)爆炸，壽命下降的現(xiàn)象。當(dāng)充電電流小于30mA時，電池即充滿了。圖中輸入電網(wǎng)交流電經(jīng)過整流后，通過高頻逆變，通過感應(yīng)耦合器傳輸能量，傳到電動汽車輸入端，在經(jīng)過整流環(huán)節(jié)給電動汽車用電池充電[3]。圖21與圖22瑣事的推挽式與半橋式變換器所用開關(guān)管的數(shù)量為全橋變換器的一半，而在實際中由于在功率開關(guān)管電壓和電流額定相同時，變換器的輸出功率通常與所用開關(guān)管的數(shù)量成正比，故全橋變換器的輸出功率大，所以在中大功率場合下，眾多DC/DC變換器拓撲中，應(yīng)首選全橋變換器。 輸入整流濾波電路計算圖24主電路輸入濾波電容Cin的選擇是比較關(guān)鍵的，（1）Cin如果太小，直流電壓Vin的脈動就會比較大，為了得到所要求的輸出電壓，需要過大的占空比調(diào)節(jié)范圍和過高的控制閉環(huán)增益。同時為了在輸入電壓范圍內(nèi)能夠輸出所要求的電壓，變壓器的變比應(yīng)按輸入電壓最低是來選擇。低的鐵芯損耗可以減低溫度，溫升反過來又影響使用頻率和工作密度的選取。 輸出濾波電容的設(shè)計為了保持輸出電壓恒定需要在輸出加入濾波電容，設(shè)計輸出電容主要是限制輸出電壓紋波在一定范圍之內(nèi)。 本章小結(jié)本章的主要工作是主電路拓撲的選擇和主電路詳細參數(shù)的計算。控制電路通過電壓電流檢測電路，將采樣電壓電流輸入到雙閉環(huán)PI調(diào)節(jié)器。 模擬PI在模擬系統(tǒng)中PI調(diào)節(jié)器是一種線性調(diào)節(jié)器，其原理如圖32圖32 PI調(diào)節(jié)器原理圖帶入，得 (31) (32) (33)令，,得 (34)該調(diào)節(jié)器中比例調(diào)節(jié)器的作用是對偏差做出瞬間快速反應(yīng)。增加將減慢消除靜差過程，但可減少超調(diào)，提高穩(wěn)定性[11]。圖33充電曲線 閉環(huán)控制圖34雙閉環(huán)PI控制方式框圖控制框圖如圖34所示，在在起始充電階段電壓達不到設(shè)定的恒壓值[10]電壓環(huán)輸出飽和。電壓外環(huán)的比放大系數(shù)為，積分時間常數(shù)為，根據(jù)調(diào)節(jié)器的電阻、和電容計算公式如下： (37) (38)在本設(shè)計中由于要實現(xiàn)先恒流再恒壓的充電模式，在充電初始階段電池組虧電的比較嚴重其電壓較低，電池電壓經(jīng)采集電路進入電壓環(huán)，在設(shè)計時有意將電壓環(huán)的時間常數(shù)設(shè)計的較小，以使得當(dāng)檢測到的電池電壓小于設(shè)定的閥值電壓時電壓環(huán)保和，輸出限幅值，使得此時僅電流環(huán)起作用，此時調(diào)節(jié)圖中電位器RP4即可調(diào)節(jié)輸出電流大小。圖36SG3525外圍電路圖在本設(shè)計中變換器的工作頻率設(shè)定為20KHz，周期為50us，設(shè)定上下橋臂PWM信號之間死區(qū)為5us，則輸出PWM信號的最大導(dǎo)通時間為20us，SG3525輸出的PWM信號頻率由外接電阻、電容決定，且滿足： (311)其中,為輸出的PWM信號最大導(dǎo)通時間此處設(shè)為20us，為兩路PWM信號之間的死區(qū)時間此處為5us。5)在短路故障發(fā)生時，驅(qū)動電路會通過合理的柵極電壓動作進行IGBT保護，并發(fā)出故障信號到控制系統(tǒng)。此外M57962的1腳為檢測端，通過檢測1腳上的電壓來判斷IGBT是否過流，當(dāng)IGBT發(fā)生過流時1腳電壓大于內(nèi)部設(shè)定值，M57962發(fā)出關(guān)斷信號使IGBT停止工作，同時8腳輸出低電平將故障信號送至控制電路[13]。在此以輸出充電電壓最高來計算采樣電阻，電壓傳感器的額定輸入電流，根據(jù)現(xiàn)實情況，選擇采樣電阻為以使傳感器工作在接近額定狀態(tài)下，則輸入電流和電阻上消耗的功率為： (312) (313)因此在這里使用了4只39K/2W的繞線電阻2并2串。然后將這個電流信號送回控制電路，按圖39電路處理。圖311所示為過壓保護電路，原理與欠壓保護電路相同，當(dāng)發(fā)生輸入過壓時將輸出一高電平信號以封鎖PWM信號。以檢測電壓電流電路的輸出為PI調(diào)節(jié)器的輸入，經(jīng)過雙閉環(huán)PI調(diào)節(jié)器，輸入到SG3525的輸入端，SG3525生成兩路PWM波，兩路PWM波通過M57962分別驅(qū)動單相全橋逆變的兩個橋臂來驅(qū)動逆變器，完成閉環(huán)控制功能。其中仿真調(diào)試參數(shù)為電源相電壓380V，輸入濾波電容Cin=。圖45變壓器副邊電壓波形圖46恒壓充電電壓波形圖47恒流充電電流波形 模擬電壓、電流采集由于充電器系統(tǒng)的閉環(huán)是由電壓、電流采集電路，PI比較器，芯片SG3525,芯片M57962實現(xiàn)的，用仿真方法驗證其可行性比較困難尚未完成，只有用簡單的模擬驅(qū)動電路和電壓電流采集電路的功能?，F(xiàn)將所做工作總結(jié)如下:(1)針對具體的充電要求，設(shè)計了全橋變換的主電路，并對其電壓電流參數(shù)進行了計算。經(jīng)過半年的忙碌學(xué)習(xí)，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，是無法完成這次設(shè)計工作的。為什么我們國家會選擇造價高、充電設(shè)施還不完善的純電動汽車作為新能源汽車的發(fā)展方向呢？曾經(jīng)在新能源汽車方向選擇上，有三個選擇方面，混合動力車、純電動汽車、氫燃料電池車。”所以電動汽車的安全快速充電有重要意義。鋰電池的充電方式是限壓恒流，都是由IC芯片控制的，典型的充電方式是：先檢測待充電電池的電壓，如果電壓低于3V，要先進行預(yù)充電，充電電流為設(shè)定電流的1/10，電壓升到3V后，進入標準充電過程。圖中輸入電網(wǎng)交流電經(jīng)過整流后，通過高頻逆變，通過感應(yīng)耦合器傳輸能量，傳到電動汽車輸入端，在經(jīng)過整流環(huán)節(jié)給電動汽車用電池充電[2]圖2 感應(yīng)充電系統(tǒng)（2）主電路的設(shè)計由于電動汽車用充電器需要較高的電壓與較大的功率，并慮到全問題，設(shè)計中選取DC/DC變換器拓撲中的全橋變換器。首先，選取感應(yīng)式充電方式；然后選取先恒流再恒壓的分段充電方法和全橋變換的主電路拓撲?！凹冸妱悠嚨纳虡I(yè)化必須解決兩大問題，其一是購置成本，其二是能源補給便捷。(3) 充電器的主電路的仿真。3. 控制電路控制電路由雙閉環(huán)的PI調(diào)節(jié)器及驅(qū)動電路構(gòu)成，負責(zé)對給定信號和反饋信號的誤差進行PI調(diào)節(jié)，輸出一個電壓信號給脈沖發(fā)生芯片以調(diào)節(jié)輸出占空比來實現(xiàn)恒流恒壓。由輔助電源輸出的24VDC給驅(qū)動系統(tǒng)供電，經(jīng)15V 穩(wěn)壓二極管D1和電阻R1分別給電解電容C1分壓15V,C2分壓9V。 閉環(huán)仿真尚未完成，接下來的時間主要用來完成閉環(huán)仿真，總結(jié)整個畢業(yè)設(shè)計。五、今后進度安排第10周：完成中期報告的撰寫與修改。完成了仿真工作，給出了仿真結(jié)果，實現(xiàn)了預(yù)期設(shè)計目標。其所撰寫的論文條理清晰，語言通順，圖表規(guī)范，數(shù)據(jù)可信，符合撰寫規(guī)范的要求，達到了學(xué)士畢業(yè)水平。第1213周：完成分部仿真。2. 主電路仿真結(jié)構(gòu)圖首先三相交流電經(jīng)過三相不控整流得到直流電，在經(jīng)過全橋逆變得到高頻交流電，再經(jīng)單相不控整流，L、C濾波得到穩(wěn)定的直流輸出。當(dāng)T1關(guān)斷，T2導(dǎo)通時，C2給IGBT的G、E間加9V電壓(TRD8)。隨著充電的進行，電壓逐漸升高，此時雙閉環(huán)起作用，電壓外環(huán)的輸出即為電流內(nèi)環(huán)的輸入，電流將跟隨電壓這樣完成從恒流到恒壓的轉(zhuǎn)換。（2） 充電器的整體閉環(huán)仿真。2. 充電方法設(shè)計 根據(jù)鋰電池的充電特性，本設(shè)計采用恒流恒壓兩段式充電方法，其充電曲線比較符合鋰電池的自身特性，一方面可提高充電效率，另一方面可以延長使用壽命。四、研究工作進度第12周 查閱相關(guān)資料第37周 初定設(shè)計方案，進行初步設(shè)計，進行開題。因此本設(shè)計中選用全橋變換器做為功率變換器得主電路。此時，充電電流逐漸下降，當(dāng)電流下降至設(shè)定充電電流的1/10時，充電結(jié)束。鋰離子電池的額定電壓為 ３．６Ｖ?；谶@些原因，氫燃料電動車沒有成為新能源汽車的選擇方向。他平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從方案選擇到查閱資料，設(shè)計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設(shè)計等整個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。(2)本設(shè)計中充電控制策略的實現(xiàn)是由電壓電流雙閉環(huán)的PI調(diào)節(jié)器來實現(xiàn)的，對PI調(diào)節(jié)器有了進一步了解。圖48電壓采集波形圖49電流采集波形圖410PWM波在前幾章設(shè)計工作結(jié)束后，本章節(jié)使用MATLAB對電路進行了仿真實驗，其中單相不可控整流電路，單相逆變器，單相整流三部分單獨仿真，使用電壓源，電阻等元件模擬每個模塊前后所連接的電路。圖45為恒壓充電電壓波形，圖46為恒流充電電流波形。由于直接系統(tǒng)仿真時，各個模塊之間互相關(guān)聯(lián)影響，計算值與實際值存在偏差，很難直接完成系統(tǒng)整體仿真。圖312所示為過流保護電路。圖39電流采集電路 保護電路設(shè)計鋰離子蓄電池對充電電壓有著嚴格要求，在充電過程中若有電池電壓超過最大值則電池會發(fā)生過熱，嚴重時甚至?xí)?，因此對鋰電池組設(shè)置過壓保護是極有必要的，此外由于充電器功率較大在電網(wǎng)不穩(wěn)定時輸入電壓可能過高或過低以致影響電路正常工作，因此還應(yīng)設(shè)置輸入過欠壓保護電路。運算放大器LM324當(dāng)作電壓跟隨器使用，輸出電壓與輸入電壓同相，利用其輸入阻抗高、輸出阻抗低的特性作為緩沖電路。輸入側(cè)電壓的檢測是為了進行輸入側(cè)過欠壓保護。,R13輸入至M57962的14與13腳。 驅(qū)動電路設(shè)計在電力電子系統(tǒng)中，設(shè)計IGBT的驅(qū)動電路和保護電路是應(yīng)用的關(guān)鍵。其中是檢測電路中與充電電流相對應(yīng)的檢測電流，電流環(huán)的比例放大系數(shù)為，積分時間常數(shù)為，根據(jù)調(diào)節(jié)器的電阻、和電容計算得出，公式如下： (39) (310)在設(shè)計時將電流環(huán)的時間常數(shù)設(shè)置的大一些，以使得在橫流階段不易導(dǎo)致電流環(huán)飽和。充電器在電流調(diào)節(jié)器的作用下恒流充電，充電電壓逐漸上升。 充電控制策略在本文的設(shè)計中，采用了兩階段充電的方法，綜合了恒流充電和恒壓充電的優(yōu)點。只有當(dāng)偏差存在時，比例調(diào)節(jié)器才有控制量輸出，因此對于大部分控制對象，單用比例調(diào)節(jié)器會產(chǎn)生靜態(tài)誤差。PWM波發(fā)生電路由SG3525構(gòu)成。選擇好拓撲類型后，文章第二節(jié)設(shè)計了符合題目要有的并帶有特色的充電器主電路。為最大脈動電流，當(dāng)輸出電感為1200時，約為3A