【正文】 到t2時(shí)刻，充電電流減到很小，電池基本充滿，停止充電過(guò)程。 （3）恒壓充電 恒流充電完成后開始恒壓充電，恒壓充電時(shí)應(yīng)當(dāng)保持電池端電壓恒定。 （2）恒流充電 電池所能承受的充電電流最大值是由電池容量決定的。充電時(shí)，當(dāng)電池端電壓小于限定值時(shí)，進(jìn)行恒流充電。2號(hào)曲線充電的缺點(diǎn)是:曲線特性參數(shù)設(shè)定困難，在用戶實(shí)際操作中很少采用這種模式。充電后期當(dāng)充電電流小于設(shè)定值時(shí)終止充電。 低壓恒壓浮充方式工作方式為充電電源一直維持穩(wěn)壓限流，在充電至終止電壓前，電池一直處于浮充狀態(tài)，從而慢慢的補(bǔ)足失去的能量。 普通恒流充電方式的優(yōu)化發(fā)展形成了分級(jí)恒流充電方式。詳細(xì)分析了雙向DC/DC變流器的兩種工作模式:Buck電路工作模式和Boost工作模式。非線性控制策略，它能在大信號(hào)模式下取得很好的效果，其對(duì)輸入輸出干擾抑制能力強(qiáng)，采用該策略后，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，但是需要求取電感兩端電壓的周期平均值。DCDC變換器的干擾主要來(lái)自于輸入輸出側(cè)，即輸入電壓和輸出負(fù)載擾動(dòng)。 該邏輯單元實(shí)現(xiàn)的功能是:分析外部發(fā)送到DSP中的指令信號(hào)，確定出變換器的工作模式，進(jìn)而通過(guò)DSP控制變換器的運(yùn)行。 獨(dú)立控制方式下，兩管中只有一個(gè)導(dǎo)通另外一個(gè)截止。雙向狀態(tài)切換技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要有兩種方法:一是主動(dòng)切換技術(shù)即互補(bǔ)PWM技術(shù)，二是被動(dòng)切換技術(shù)即獨(dú)立PWM技術(shù)。能量由蓄電池向網(wǎng)側(cè)流動(dòng)。在此電路中，S1，D2構(gòu)成了Buck電路，也就是S2, D1總處于關(guān)斷狀態(tài)。 充電樁基本結(jié)構(gòu)己經(jīng)確定，前面對(duì)整個(gè)充電樁入網(wǎng)變流器控制方法進(jìn)行了論述，而在充電樁對(duì)電動(dòng)汽車充電的過(guò)程中，不同的階段有不同工作模式，為了分析方便我們考慮充電樁工作在單位功率因數(shù)狀態(tài)，開關(guān)函數(shù)組合(Sa Sb Sc)為(1 0 0)模式下充電樁的工作模式如圖41所示。雙向SEPIC變換器可以看作是正向SEPIC變換器和反向Zeta變換器的組合。當(dāng)S1關(guān)斷時(shí)，電池組和電感感L1共同向電容C3和負(fù)載供電，電感L2通過(guò)二極管Dl也向負(fù)載供電。當(dāng)S2導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載向電感L2充電，電容C3經(jīng)電池組和電感L1放電。當(dāng)S1導(dǎo)通時(shí)，電池組向電感L1充電，電容C3經(jīng)負(fù)載和電感L2放電。從圖47a一圖49b中，可以看出雙向BuckBoost變換器和雙向半橋變換器兩者的一個(gè)共同點(diǎn):他們都是通過(guò)電感實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存和傳輸?shù)摹．?dāng)S2導(dǎo)通時(shí)，電容C1對(duì)電池組充電，能量將存儲(chǔ)在電感L中。因此通過(guò)改變S1的占空比即可以調(diào)整變換器的輸出電壓Uo。圖43雙向Buck/Boost變換器圖44雙向半橋變換器圖45雙向Cuk變換器圖46雙向SEPIC變換器 圖43，44,45,46所示的雙向變換器，IGBT S1和S2不允許導(dǎo)通，正向工作的時(shí)候S2總是處于截止?fàn)顟B(tài)，而反向工作的時(shí)候S1總是處于截止?fàn)顟B(tài)。 通過(guò)對(duì)以上兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的比較分析，本次設(shè)計(jì)中采用了不隔離的變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 (2)由于受到變換器體積的限制，圖42中必須采用高頻變壓器，因此相應(yīng)的開關(guān)管只能采用功率MOS管。第4章 應(yīng)用于充電樁的雙向DCDC變流器的研究／DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 單向DC／DC變換器按輸入與輸出間是否有電氣隔離可分為兩類：沒有電氣隔離的稱為不隔離的直流交換器，有電氣隔離的稱為有隔離的直流變換器。Kpi表示電流內(nèi)環(huán)比例,Kii表示氣其積分系數(shù)。 PI控制框圖 d軸電流給定值id*就是直流電壓外環(huán)控制器的輸出值。然后比較輸入電壓空間矢量，最后通過(guò)SVPWM調(diào)制算法，生成脈沖驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)來(lái)控制三相整流橋中六路IGBT的通斷,合成的Up,Uq可以間接地對(duì)網(wǎng)側(cè)電流進(jìn)行控制，并調(diào)節(jié)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)。系統(tǒng)采用電壓外環(huán)控制和電流內(nèi)環(huán)控制的雙閉環(huán)控制，電流內(nèi)環(huán)控制能夠提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能，實(shí)現(xiàn)限流保護(hù)。 固定開關(guān)頻率控制沒有電流滯環(huán)控制開關(guān)頻率變化大的缺點(diǎn)，但是當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)以及負(fù)載波動(dòng)時(shí)，固定開關(guān)頻率控制較敏感，而且若PWM開關(guān)頻率固定，三相VSR交流側(cè)電壓峰值波動(dòng)將引起電流跟蹤偏差大小的波動(dòng)。 ，內(nèi)環(huán)控制是電流瞬時(shí)值反饋控制，外環(huán)控制與間接電流控制類似，滯環(huán)電流控制常用于電壓型PWM整流器的控制。網(wǎng)側(cè)電流閉環(huán)引入到直接電流控制中，有利于提高整流器網(wǎng)側(cè)的電流動(dòng)態(tài)和電流靜態(tài)性能。達(dá)到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，Ud*=Ud仍成立，此時(shí)PI調(diào)節(jié)器的輸入又回到零，輸出id為負(fù)。當(dāng)負(fù)載電流增大時(shí)，直流側(cè)電容C放電使直流電壓Ud下降，PI調(diào)節(jié)器輸入端出現(xiàn)正偏差，使其輸出id增大，整流器交流側(cè)的輸入電流會(huì)隨著id的增大而增大，同時(shí)，直流側(cè)電壓Ud將會(huì)隨之回升。 間接電流控制是通過(guò)控制PWM整流器網(wǎng)側(cè)電壓的幅值和相位來(lái)控制輸入整流器的電流和電壓保持同相位，使得其功率因數(shù)為1，因此間接電流控制又被稱為幅相控制。、電流以及開關(guān)函數(shù)如下: （315） （316） （317） 將上式帶入三相VSR一般數(shù)學(xué)模型中，可得到PWM整流器在d, q坐標(biāo)系的低頻狀態(tài)方程，： （318）=0可見，在((a, b, c)三相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型經(jīng)過(guò)((d，q ）變換到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下后，雖然各個(gè)坐標(biāo)之間仍然存在相互藕合，但是在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系來(lái)觀察，其數(shù)學(xué)模型的各個(gè)參量轉(zhuǎn)化為直流量，這樣就有利于三相PWM整流電路的分析及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。圖中三相電壓空間矢量為E，三相電流空間矢量為I。 一般用等量坐標(biāo)變換進(jìn)行是矢量分解，等量坐標(biāo)變換就是坐標(biāo)變換后坐標(biāo)系中的通用矢量應(yīng)當(dāng)與變換前通用矢量相等。 (4)電阻Rdc串聯(lián)直流電動(dòng)勢(shì)eL來(lái)等效直流側(cè)負(fù)載。 基于下述假設(shè)，建立三相PWM整流器一般數(shù)學(xué)模型。在區(qū)間內(nèi)，ua0, ub0, uc0,在單位功率因數(shù)工作模式下，有l(wèi)a 0, Ib0, lc0，在一個(gè)PWM斬波周期內(nèi)對(duì)應(yīng)的矢量分配分別是v0(ooo), v4(1oo), v6(110)}, v7(111),:(a)表示矢量Vo (000)的換流模式，此時(shí)，三相橋的下半橋臂導(dǎo)通，電流極性決定此時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)的器件為VT4 ,VD6, VD2(粗線代表電流路徑)，此時(shí)橋臂電流流入端的線電壓“uab = ubc = uca = （b)表示矢量V4 (100)的換流模式，a相上橋臂導(dǎo)通，b, c兩相則是下橋臂處于導(dǎo)通狀態(tài)，電流極性決定此時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)的器件為VD1,VD6,VD2，此時(shí)橋臂電流流入端的線電壓“uab= ud , ubc = 0 , uca=ud“,(c)表示矢量V6(110)的換流模式，a,b兩相上橋臂導(dǎo)通，c相則是下橋臂處于導(dǎo)通狀態(tài)，電流極性決定此時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)的器件為VD1,T3 ,VD2，此時(shí)橋臂電流流入端的線電壓“uab=0,ubc = ud,uca=ud。電流極性的變化反映了主電流的換流模式。利用空間電壓矢量來(lái)描述三相橋的開關(guān)狀態(tài)，空間被6個(gè)非零電壓矢量劃分成6個(gè)扇區(qū)。 整流橋由3個(gè)橋臂組成，每個(gè)橋臂是由兩個(gè)全控型功率器件IGBT反并聯(lián)兩個(gè)二極管構(gòu)成。隨著電容C取值的增大，直流側(cè)電壓的諧波含量將減小，抗干擾能力也將增強(qiáng)，但是系統(tǒng)的響應(yīng)速度會(huì)隨之減慢。交流電源內(nèi)部電感用L表示，網(wǎng)側(cè)電感L保證了三相PWM整流器的正常運(yùn)行。本課題選用的是三相全橋PWM整流器。 PWM整流器的分類隨著PWM整流器的技術(shù)發(fā)展，己經(jīng)設(shè)計(jì)出多種PWM整流器，其分類如下[32]:PWM整流器的分類方式很多，最基本的分類方法就是將PWM整流器分成電壓型、電流型，這是由于電壓型和電流型PWM整流器均有其獨(dú)特的特性，所有其他的PWM整流器都可以歸類成這兩類整流器。此時(shí)，PWM整流器向電網(wǎng)傳輸有功及感性無(wú)功功率，電能將從PWM整流器直流側(cè)傳輸至電網(wǎng)。 ，PWM整流器運(yùn)行于有源逆變狀態(tài)。在A點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，電網(wǎng)中只有感性無(wú)功注入PWM整流器，此時(shí)有功功率不會(huì)注入PWM整流器。在V分別抵達(dá)A, B, C, D四個(gè)特殊點(diǎn)時(shí)，PWM整流器分別呈現(xiàn)純電感特性、正電阻特性、純電容特性和負(fù)電阻特性。下面通過(guò)分析模型電路的交流側(cè)電壓電流來(lái)研究PWM變流器的運(yùn)行原理。橋式功率開關(guān)管電路可以是電壓型橋路也可以使電流型橋路。 圖31 圖31為PWM變流器模型電路。三相電壓型PWM整流器是本系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)，擔(dān)負(fù)著為蓄電池充電時(shí)提供直流電源及放電時(shí)向電網(wǎng)饋電的功能。該模型對(duì)電池的三種電阻分開來(lái)建模，并把電池的過(guò)放電/過(guò)充電的影響也考慮進(jìn)去，物理意義更明確，更好的反映了電池電壓的變化過(guò)程，提高了電池模型的精度，能讓研究人員更好的研究電池容量、充放電時(shí)間、動(dòng)態(tài)特性及暫態(tài)響應(yīng)等性能，是個(gè)較理想的等效模型，廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的建模，特別適合鋰電池組的仿真模型研究。C0儲(chǔ)能電容。C2極化電容。首先階數(shù)高了，后期計(jì)算較繁瑣耗時(shí)。 該模型完全考慮到電池內(nèi)部因素變化，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但只描述電池暫態(tài)特性，不能預(yù)測(cè)電池工作狀態(tài)，對(duì)運(yùn)行中電動(dòng)汽車來(lái)不適用。 圖29 內(nèi)阻模型 圖210Thevenin模型 Thevenin模型 如圖210，是在內(nèi)阻模型的基礎(chǔ)上，把電池內(nèi)阻分開分析。 等效電池模型相較于其他模型，它具有簡(jiǎn)單、直觀、便于建模等特點(diǎn)，在電動(dòng)汽車整車仿真中，得到了廣泛應(yīng)用。 在電池充電過(guò)程中，因電化學(xué)反應(yīng)速度遠(yuǎn)快于離子運(yùn)動(dòng)速度，使得電池極板上離子濃差明顯，造成了電解質(zhì)溶液的極化現(xiàn)象。圖28 在電池充電過(guò)程中，其內(nèi)部的正負(fù)離子分別向正負(fù)極板移動(dòng)，同時(shí)受到了極板和電解質(zhì)溶液電阻的妨礙，導(dǎo)致電池端電壓和溫度升高。如圖11，在充放電初期，主要是以電化學(xué)極化為主，其它兩種為輔。當(dāng)占空比低于5%至10%時(shí)，終止充電。然后恒壓充電，隨著電壓不斷升高，充電電流不斷減小，當(dāng)電流達(dá)到C/10或C/15速率，便可停充。 圖26 圖27 如圖26，以單體鋰電池為例，電池接通后，先對(duì)其恒、小電流充電，是為了檢查電池好壞與否。如圖25(c)，在充電的第一階段，用恒定的電流充電。在電池允許的最大充電電流范圍內(nèi)，充電電流越大，充電速度越快。 動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車關(guān)鍵性技術(shù)之一，它直接影響著電動(dòng)汽車的整車性能。 :電池用不同的放電率放電，其能接受的總電流h是各個(gè)電流總和，有: （29） 綜述，電池的總電流接受率為: （210）式中: I1,I2 , I3 ,I4......一各放電率允許充電電流。 :電池用任何給定電流放電，充電時(shí)電流接受率。 (a)倍率不同時(shí)的充電曲線 (b)倍率不同時(shí)的放電曲線 (c)不同溫度下的放電曲線 圖22 美國(guó)科學(xué)家馬斯(JosephA Mas )，在第二屆國(guó)際電動(dòng)車輛會(huì)議上，提出了著名的馬斯三定律，為電池快速充電提供了理論依據(jù)。 4)電解質(zhì)溶液:電解質(zhì)鹽和碳酸酷溶液的混合液。 圖21主要由正極、負(fù)極、電解質(zhì)溶液、隔膜及外殼組成，主要材料組成如下:1)正極材料:活性物質(zhì)是鉆酸鏗、錳酸鏗、磷酸鐵鋰、鎳鉆錳酸鋰、鎳鉆酸 鋰等及其混合物。 如圖21,鋰電池充電時(shí)，鋰離子從正極材料的晶格中脫離出來(lái)，經(jīng)電解質(zhì)溶液和隔膜，嵌入負(fù)極材料的晶格中。 (4)確定直流變換雙向DCDC電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選型，然后概述雙向DC/DC變換器的原理、工作模式及控制模式。 本文主要研究工作有： (1)通過(guò)查閱和搜集各種文獻(xiàn)資料，首先簡(jiǎn)單介紹了課題研究背景和意義。從網(wǎng)側(cè)直接引交流電經(jīng)整流裝置轉(zhuǎn)換為直流電，再經(jīng)DC/DC變換裝置給電池組充放電。同時(shí)，包括很多國(guó)內(nèi)高校在內(nèi)的研究機(jī)構(gòu)在電動(dòng)汽車充電監(jiān)控領(lǐng)域正進(jìn)行著較多的科研工作。2010年3月份，唐山的南湖電動(dòng)汽車充電站也正式地投入了商業(yè)運(yùn)營(yíng)，這是由華北電網(wǎng)建設(shè)的第一座典型大型電動(dòng)汽車充電站。深圳的比亞迪公司在2006年建立了電動(dòng)汽車研究所，在其廠區(qū)內(nèi)還建設(shè)了一些電動(dòng)汽車快速充電站和充電樁。在LaRocheHe(拉羅切里市)投資生產(chǎn)了小型4座電動(dòng)汽車50輛，并建造了12座(包括3座快速和9座普通)充電站，目前己經(jīng)投入使用并進(jìn)行了超過(guò)2年的試驗(yàn)。 近年來(lái)從產(chǎn)品和技術(shù)兩個(gè)層面上講，國(guó)外的充電系統(tǒng)都取得了較好的進(jìn)展:①充電產(chǎn)品隨著控制技術(shù)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，擺脫了單一型，朝著多功能、更安全智能的方向發(fā)展。 (4)2012年《電動(dòng)汽車科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃》[5]，促進(jìn)能源供 給基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)建設(shè)。 近幾年來(lái)國(guó)家出臺(tái)了一系列電動(dòng)汽車方面的優(yōu)惠政策和措施推動(dòng)了電動(dòng)汽車及其配套基礎(chǔ)充電設(shè)施的飛速發(fā)展。所以大力發(fā)展節(jié)能與新能源汽車，既是有效化解能源危機(jī)的重要手段，也是縮短我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家在汽車產(chǎn)業(yè)上的差距，實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)汽車自主創(chuàng)新的重要舉措。作為一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要支柱的汽車產(chǎn)業(yè)一直是一個(gè)高能源消耗產(chǎn)業(yè)。功率因數(shù)校正IIDesign of charging pile for electric vehicle Abstract：Electric vehicle AC charging pile is one of the most mon infrastructu