一種典型的電動(dòng)汽車充電器的仿真和測(cè)試

劉光遠(yuǎn)

【摘 要】電動(dòng)汽車充電設(shè)施可以減少車載電池的能量存儲(chǔ)，因此，對(duì)電動(dòng)汽車的發(fā)展是十分重要的。由于電動(dòng)汽車有限的電池容量，決定了電動(dòng)汽車有限的行駛范圍。我們仿真和測(cè)試了一種典型的電動(dòng)汽車車載充電器。充電器的仿真由電力仿真軟件PSIM完成。我們希望這個(gè)研究能對(duì)更進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)車載充電系統(tǒng)的設(shè)施做貢獻(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】電動(dòng)汽車；充電設(shè)施；充電標(biāo)準(zhǔn)

【Abstract】Because the electric vehicle（EV）charging infrastructure can reduce the EV on board energy battery，so it is important to the development of EV.The limited capacity of EV battery causes limited range of EV.We presented the simulation and testing of a typical on board charger used in electric vehicle prototype.Simulation of charger circuits is done by electric power simulation software PSIM.We expected that this study can contribute for further research and development on EV charging system infrastrucrure.

【Key words】Electric Vehicle；Charging Infrastructure；Charging Standard

0 引言

由于人們?cè)絹?lái)越清楚的認(rèn)識(shí)到碳排放對(duì)環(huán)境帶來(lái)的危害，于是也想辦法讓可再生能源供交通工具使用。在這種理念的指引下，汽車產(chǎn)業(yè)也開(kāi)始生產(chǎn)和長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車。

在這個(gè)氣候變化和環(huán)境變暖的時(shí)代，電動(dòng)汽車不僅有許多經(jīng)濟(jì)方面的優(yōu)點(diǎn)，而且從環(huán)保角度來(lái)說(shuō)，也是十分有益的。電動(dòng)汽車的出現(xiàn)也在推動(dòng)制造商進(jìn)行相關(guān)的研究和開(kāi)發(fā)，以及推動(dòng)分散于城市各地的充電設(shè)施。

電動(dòng)汽車也可使我們減少對(duì)化石燃料的依賴，并且使我們把可再生能源作為首選能源。這會(huì)對(duì)環(huán)境也帶來(lái)正面影響，因?yàn)榭梢詼p少使全球變暖的排放物。

未來(lái)十年電動(dòng)汽車使用量的增長(zhǎng)將與幾個(gè)重要因素有關(guān)。這些因素包括電動(dòng)汽車的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，通用充電站的標(biāo)準(zhǔn)，通用的配套設(shè)備，還有用戶友好的應(yīng)用軟件。已經(jīng)有許多組織開(kāi)始成立來(lái)推出這些標(biāo)準(zhǔn)，包括國(guó)際能源機(jī)構(gòu)（IEA），汽車工程師學(xué)會(huì)（SAE），還有電氣與電子工程師學(xué)會(huì)（IEEE）。

電動(dòng)汽車充電站也亟需修建，因?yàn)槌渥愕倪@些設(shè)施可以減少車載電池所需的容量。電動(dòng)汽車有限的行駛范圍主要受制于電池的容量，也可以通過(guò)在重要的點(diǎn)修建充電站來(lái)解決。因此，配備電池的費(fèi)用也可節(jié)省一些。

對(duì)電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)同樣是一個(gè)非常重要的因素。通過(guò)應(yīng)用這些標(biāo)準(zhǔn)，肯定會(huì)使公共場(chǎng)所的收費(fèi)基礎(chǔ)設(shè)施受到認(rèn)可，也會(huì)創(chuàng)造一個(gè)良好的用戶和所使用技術(shù)之間的良好互動(dòng)。從經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)說(shuō)，這些也將降低制造成本。

1 傳導(dǎo)充電系統(tǒng)

電動(dòng)汽車的充電系統(tǒng)必須滿足兩種基本功能。它們是兩個(gè)電氣功能和一個(gè)機(jī)械功能。在直流電壓下，電動(dòng)汽車的電池是不同的，取決于額定電壓，充電狀態(tài)，和充電率和放電率。第一個(gè)電氣功能是將交流電壓整流為直流電壓，第二個(gè)電氣功能是調(diào)節(jié)電池的電壓，以便使充放電率與電池特性相符。這兩種電氣功能都是充電器所必須具有的。后者，也就是機(jī)械功能，要使電動(dòng)汽車與電動(dòng)汽車充電設(shè)備（EVSE）能適配。

傳導(dǎo)充電系統(tǒng)由充電器和適配器組成。有兩種充電器，一種是車載充電器（OBC），一種是非車載充電器。車載充電器永久的安裝在汽車上，而非車載充電器則沒(méi)有安裝在車上。

不管連接器是否接地，電動(dòng)汽車充電設(shè)備都是良導(dǎo)體，附件，電氣設(shè)備，開(kāi)關(guān)都安裝到地面。電動(dòng)汽車充電設(shè)備就是大家熟知的充電站。充電站的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

傳導(dǎo)充電系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)包括幾個(gè)部分。充電電平，充電站，插座、連接器、通信協(xié)議、充電器類型、電池和電動(dòng)汽車。在這篇文章中，我們選擇了一部分標(biāo)準(zhǔn)來(lái)研究，它們是充電電平，插座，充電站，連接器，先導(dǎo)控制和車載充電器。

根據(jù)SAE J1772，充電方法分為3級(jí)：

1級(jí)：充電方法是，電動(dòng)汽車通過(guò)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的電源插座（NEMA 5-15R），最大電流12A，額定電壓為120V的單相交流電來(lái)充電。車載充電器的容量約1.9kW。

2級(jí)：充電方法是，電動(dòng)汽車通過(guò)電動(dòng)汽車充電站（EVSE），最大電流32A，最大典雅40V的單相交流電來(lái)充電。

直流（DC）充電：充電方法是，汽車通過(guò)電動(dòng)汽車充電站（EVSE）提供的直流和非車載的充電器來(lái)充電，最大電流可達(dá)400A，最大電壓可達(dá)直流600V。

事實(shí)上，電動(dòng)汽車應(yīng)裝上車載充電器（OBC），未來(lái)電動(dòng)汽車的前景也使車載充電器（OBC）應(yīng)滿足以下標(biāo)準(zhǔn)：

需要滿足IEC1000-3-2標(biāo)準(zhǔn)的功率因數(shù)調(diào)節(jié)器來(lái)調(diào)節(jié)線電流諧波?；谝陨峡紤]，車載充電器（OBC）的總體框圖應(yīng)包含PFC變換器和DC / AC變換器。還需要輸入濾波器，以防止諧波和噪聲進(jìn)入配電線路。為了滿足安全標(biāo)準(zhǔn)，在充電器的輸出與電源之間還應(yīng)該有隔離。車載充電器的總體框圖如圖2所示[1]。

2 功率因數(shù)調(diào)節(jié)器仿真

已進(jìn)行仿真的是車載供電器（OBC）的功率因數(shù)調(diào)節(jié)器（PFC）。電源電路（圖3）由IGBT和控制電路（圖4）來(lái)展示功率因數(shù)調(diào)節(jié)器的功能，以產(chǎn)生正弦輸入電流和調(diào)節(jié)與線電壓同相[2-3]。

3 車載充電器測(cè)試

4 結(jié)論

我們得出下面幾個(gè)結(jié)論：

模式1的電動(dòng)汽車傳導(dǎo)式充電系統(tǒng)包含適配器和車載充電器（OBC），即是放置于車內(nèi)充電器。

功率因數(shù)調(diào)節(jié)器的配置由于提高了充電的效率，在提高充電器的輸入電能質(zhì)量方面扮演重要的角色。

車載充電器的測(cè)試證明了車載充電器是兩級(jí)變換器，第一級(jí)即功率因數(shù)調(diào)節(jié)器的功率因數(shù)值近似等于1。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：田吉捷]