【導(dǎo)讀】度，這些都導(dǎo)致了許多產(chǎn)業(yè)將被迫轉(zhuǎn)型。其中汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開石油。力下，汽車行業(yè)必須找到新的能源方式與環(huán)境和諧的方法。提供電能的原因。論文從我國使用太陽能的地理條件、太陽能技術(shù)水平等。多個方面做了研究分析。并且通過對國內(nèi)外已投入使用的太陽能電動汽車。能光伏充電站這一新的發(fā)展方向。

　　

【正文】 快速充電系統(tǒng)主電路 的設(shè)計 快速充電系統(tǒng)的硬件部分主要包括：主變換電路（高頻開關(guān)電源電路、斬波電路）和輔助電路（隔離驅(qū)動電路、采樣電路、輔助電源）。下面各節(jié)將分別對硬件系統(tǒng)的各電路進(jìn)行設(shè)計，主要工作包括電路拓?fù)溥x擇、原理分析、參數(shù)計算及其元器件的選型。并以此設(shè)計為基礎(chǔ)，對硬件電路進(jìn)行搭建和調(diào)試。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 35 快速充電系統(tǒng)整體設(shè)計參數(shù) 為實現(xiàn)上述提出的快速充電方法和控制策略，本文選用鉛酸蓄電池 LCRA1212，設(shè)計了最大輸出功率為 300W 的充電電源硬件系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)的整體設(shè)計參數(shù)如表 所示。 表 系統(tǒng)的整體設(shè)計 參數(shù) 參數(shù)項 參數(shù)值 光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的交流輸入電壓 220V177。15% 直流輸出電壓 0~15V 直流輸出電流 0~20A 開關(guān)頻率 50KHZ 系統(tǒng)最大輸出功率 300W DCDC 變換器的效率 90% 鉛酸蓄電池電壓、容量 12V/12Ah 快速充電主回路設(shè)計 由圖 所示的快速充電系統(tǒng)硬件部分的主電路結(jié)構(gòu)圖可知，硬件系統(tǒng)的主電路由整流電路、高頻開關(guān)電源電路和斬波電路組成。 光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的 220V 交流電經(jīng)全橋整流、濾波后輸出電壓約為300V 的高壓直流電；高頻開關(guān)電源電路 不僅起隔離作用，且將整流后的300V 直流電轉(zhuǎn)換為 18V 低壓直流電，為后端的斬波電路提供穩(wěn)定的電壓輸入；斬波電路的主要功能是實現(xiàn)能量的雙向流動，完成快速充電方法中蓄電池的充、放電功能。 電動汽車光伏充電樁的研究與設(shè)計 36 由圖 可知， 220V 的單相交流電由全橋電路進(jìn)行初級整流，并經(jīng)過大電容低頻濾波穩(wěn)壓，輸出電壓為 300V 左右的直流電。 輸出直流電壓： ? ? 7 4 5 7~4 1 6 4%152 2 022 1 ????U (41) 考慮到電網(wǎng)電壓的波動 需選取一定的裕度，低頻濾波電容的耐壓應(yīng)大于： VU 9 3~ 9 1 ?? (42) 單相整流電路需濾除較高幅值的紋波電壓，并保證穩(wěn)定的直流輸出電壓，因此需要大電容的濾波電容器。為獲得大電容的同時又盡可能的減小電容器的體積和成本，所以本課題選用 330uF/400V 的鋁電解電容。 由橋式整流電路分析可知，流過二極管中的平均電流只有負(fù)載電流的一半。若忽略二極管的正向壓降，二極管 所承受的最高反向電壓見公式（ 43）。 圖 快速充電系統(tǒng)的主電路圖 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 37 VURM 3112220 ??? (43) 設(shè)計中考慮到光伏電源電壓波動和整流電路中的器件損耗，二極管的最大反向工作電壓和最大電流均選取一定的裕度。實際電路中選用 1N5408 硅整流二極管，其反向工作峰值電壓為 1000V，最大工作電流為 3A。 快速充電系統(tǒng)斬波電路的設(shè)計 研究蓄電池快速充電的關(guān)鍵任務(wù)之一是在充電過程中通過負(fù)脈沖放電及時緩和鉛 酸蓄電池的極化現(xiàn)象，提高蓄電池的可接受充電電流比。為提高充電過程的能量利用效率，負(fù)脈沖放電回路采用能量回饋型。因此，為實現(xiàn)充電樁快速充電，斬波電路的設(shè)計必須具備充、放電功能，即斬波變換電路可逆，能量可雙向流動。 基于上述分析，本文的斬波電路選 Buck/Boost 型拓?fù)?，即充電時為Buck 電路，放電時為 Boost 電路， Buck/Boost 型斬波電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 所示。 圖 Buck/Boost 型斬波電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖 電動汽車光伏充電樁的研究與設(shè)計 38 （ 1）當(dāng)充電電源對蓄電池充電時，開關(guān)管 Q3 開通， Q4 關(guān)斷。直流電壓經(jīng)過 Q濾波電感 L1 、續(xù)流二極管 D5 組成 Buck 電路。通過控制 Q3的開通與關(guān)斷，實現(xiàn)對充電電壓或電流的控制。 （ 2）當(dāng)蓄電池進(jìn)行去極化負(fù)脈沖放電時，開關(guān)管 Q4 開通， Q3 關(guān)斷。蓄電池通過 L D Q4 向電容 C1 充電，形成 Boost 電路。因此蓄電池放出的電量被儲存在 C1 中，當(dāng)去極化結(jié)束時，由于 C1 兩端電壓較高，能量通過上述的 Buck 電路流回電池。當(dāng)電壓低于一定值時，由光伏電源通過充電裝置向蓄電池供電。下面將分別介紹 Buck 和 Boost 電路的參數(shù)計算和元器件選型。 Buck 電路的 設(shè)計 降壓斬波電路 (Buck Chopper)的原理圖如圖 所示。當(dāng)開關(guān)管 V 閉合時，電源 E 同時為負(fù)載和電感供電，從而完成電感的儲能；續(xù)流二極管 VD 在開關(guān)管 V 關(guān)斷時給負(fù)載中的電感電流提供通道。 圖 為降壓斬波電路電流連續(xù)時的工作波形。由圖 中開關(guān)管 V的柵射電壓 UGE波形可知，在 t = 0 時刻驅(qū)動開關(guān)管 V 導(dǎo)通，電源 E 向負(fù)載供電，負(fù)載電壓 U0 = E，負(fù)載電流 i0 按指數(shù)曲線上升。當(dāng) t = t1 時刻，控制開關(guān)管 V 關(guān)斷，負(fù)載電流經(jīng)二極管 VD 進(jìn)行續(xù)流，而負(fù)載電壓 U0 則近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。為了使負(fù)載電流連續(xù)且脈動小，通常串接較大電感值的電感 L。至一個周期 T 結(jié)束，再驅(qū)動開關(guān)管 V 導(dǎo)通，重復(fù)上一周期的過程。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時，負(fù)載電流在一個周期的初值和終值相等。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 39 負(fù)載電壓的平均值： DEETtEtt tU onof fonon ????0 (44) 式（ 44）中， ton為一個周期內(nèi)開關(guān)管 V 處于通態(tài)的時間 ， toff為一個周期內(nèi)開關(guān)管 V 處于斷態(tài)的時間， T為開關(guān)管的周期， D 為占空比。 Buck 電路的設(shè)計 Boost 電路即升壓斬波電路（ Boost Chopper），其電路原理圖如 所示。 圖 降壓斬波（ Buck）電路原理圖 圖 壓降斬波（ Buck）電路電流連續(xù)時的波形 電動汽車光伏充電樁的研究與設(shè)計 40 首先分析 Boost 變換器的工作原理，首先假設(shè)電路中電感 L 值很大，電容 C 也很大。當(dāng)開關(guān)管處于通態(tài)時，二極管截止，電源向電感 L充電，充電電流 I L 基本恒定，輸出電壓 Vout 靠輸出濾波電容 C 維持，由于 C 值很大，輸出電壓 Vout 基本保持恒定，設(shè) V 處于通態(tài)的時間為 ton ，此階段電感 L上積蓄的能量為 Lin Von It，其等效電路如圖 所示；當(dāng) V 出于斷態(tài)時，二極管導(dǎo)通，電感把前一階段儲存的電能全部釋放給負(fù)載和電容，同時電源也向負(fù)載 R 提供能量，設(shè)開關(guān)管處于斷態(tài)的時間為 toff ，則在此期間電感 L 釋放的能量為 (Vout－ Vin)I Ltoff ，其等效電路如圖 所示。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時，一個周期內(nèi) T 中電感積蓄的能量與釋放的能量相等，即： ? ? of fLinoutonLin tIVVtIV ?? (45) 化簡得公式（ 46）： ino ffino ffo ffonout VtTVt ttV ??? (46) 上式中 T/toff≥1，即輸出電壓高于輸入電壓，故稱該電路為升壓變壓器。因此式（ 46）可以表示為下式： inout VDV ?? 1 1 (47) 圖 升壓斬波（ Boost）電路原理圖 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 41 升壓變換器之所以能提高直流電壓，使得輸出電壓高于輸入電壓，主要基于兩點：（ 1）電感 L 儲能之后有電壓泵升的作用；（ 2）電容 C 可以保持住負(fù)載兩端的輸出電壓。 a. V 導(dǎo)通， VD 截止 b. V 截 止， VD 導(dǎo)通 圖 Boost 變換器兩種開關(guān)狀態(tài)的等效電路 電動汽車光伏充電樁的研究與設(shè)計 42 通過前面章節(jié)的研究，從電動汽車的發(fā)展引出充電站對于電動汽車的發(fā)展是有極大的推廣促進(jìn)作用。著重研究應(yīng)用于電動汽車充電站的各種已經(jīng)被采用的能源優(yōu)勢，發(fā)現(xiàn)了如果使用傳統(tǒng)電力的充電站就會破壞原本電動汽車產(chǎn)生使所帶有的 “ 節(jié)能環(huán)保 ” 光環(huán)，那么這個時候我們就會反思：電動汽車的產(chǎn)生有意義嗎？ 試圖解決傳統(tǒng) 電力的電動汽車充電站產(chǎn)生的環(huán)境污染難題，在研究中發(fā)現(xiàn)了幾種清潔能源，能夠完全做到零排放。比如太陽能、風(fēng)能、氫能等等，從這幾種能源的特性、開發(fā)利用的技術(shù)水平、優(yōu)缺點多個方面進(jìn)行研究對比，最后得到了利用太陽能能源來替代傳統(tǒng)電網(wǎng)發(fā)電，建設(shè)太陽能電動汽車充電站被認(rèn)為是最理想的充電站方案。 本論文的研究方向在利用太陽能為電動汽車充電的基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析發(fā)展，為了在太陽能充電站這一產(chǎn)品生更加能體現(xiàn)出產(chǎn)品設(shè)計特性，使充電站能滿足智能化、人性化的特點，做到以人為本的設(shè)計初衷，我們對充電站的設(shè)計方案作了深入的探討。該充電站里的 電源輸出裝置和快速充電樁從理論上分析就是太陽能電動汽車充電站的重點設(shè)計部分，有了這兩個部分產(chǎn)品才能完成這個設(shè)計的理念，才能達(dá)到是一個完整的體系，于是這兩個部分就成為了設(shè)計的重點也是該設(shè)計的光彩點，所有的無需人的行為方式都是通過它來實現(xiàn)的。隨著研究的不斷深入和智能化的不斷發(fā)展，對于太陽能充電站本身來說，要被稱之為 “ 好的設(shè)計 ” 的產(chǎn)品，本身必然是人，環(huán)境，經(jīng)濟(jì)，技術(shù)等等多種因素有機的組合，并且能相互找到平衡點的產(chǎn)物。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 43 參考文獻(xiàn) .世界現(xiàn)代設(shè)計史 [M]北京 :中國青年出版社 ,20xx(3):43 一 48 .日本、美國、歐盟新能源汽車產(chǎn)業(yè)政府扶持措施研究 [D]河北大學(xué) ,20xx ,喜文華 ,魏一康等 .太陽能光伏發(fā)電 [J].太陽能 ,20xx(4):72 一 76. ,康云龍 .可再生能源并網(wǎng)發(fā)電仿真 [J].電工技術(shù)雜志 ,20xx(11),58 一60. . 充電器電路設(shè)計與應(yīng)用 . 北京：人民郵電出版社 ,20xx. .電動汽車蓄電池混合能源充電技術(shù)的研究 [D]廣東工業(yè)大學(xué) ,20xx .電動汽車電池組單體電池管理系統(tǒng)研究 [D].上海：同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院， 20xx. 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