储能式电动汽车充电桩系统的设计研究

储能式电动汽车充电桩系统的设计研究

朱少雁

广东集明电力工程有限公司 广东东莞 523000

摘要：电动汽车近几年成为汽车领域的重点研究内容，为更好地满足于电动汽车的充电需求，则应积极落实储能式电动汽车充电桩系统的设计工作。本文主要围绕着储能式电动汽车充电桩综合系统设计开展深入的研究和探讨，期望可以为后续更多技术工作者和研究学者对此类课题的实践研究提供有价值的指导或者参考。

关键词：电动汽车；储能式；充电桩；系统设计；

前 言

储能式的充电桩，城市或者家庭配电系统均无需实施较多增容改造处理，便能够承受电动汽车对电流更快速且更大充电的现实要求，电费支出得以减少，且具备着传统充电桩各项充电常规功能，应用灵活度及便捷性相对较高。因而，综合分析储能式电动汽车充电桩综合系统设计，有着一定的现实意义和价值。

1. 简述电动汽车

电动汽车，属于以车载电源作为基本动力，借助电机驱动车轮行驶，且与道路交通及安全法规相关要求相吻合的一种新能源类型车辆，其所具备优势特点集中表现为低噪声、节能、零排放各个层面，是现代清洁高效且持续发展类型交通工具^[1]。

2. 系统设计

2.1 在系统架构层面

储能式电动汽车充电桩总体架构，以功率调节（PCS）、DSP控制为主。PCS，即直流母线结构形式，属于电网和储能式电池组及电动汽车的电池组、汽车的电池组和储能电池组实现能量传输的重要纽带；直流母线和交流电网相互间以PWM整流装置为基础，促使能量实现双向流动；储能的电池组和直流母线相互间借助Buck-Boost双向变换装置，促使电池组实现充点电；电池汽车的电池组和直流电网借助Buck变换装置，促使电池实现脉冲、恒流及恒压充电。选定TMS320F28335作为核心控制系统，监测及管理储能的电池组实际运行状态，并控制调度PCS^[2]。

2.2 在系统硬件层面

储能式电动汽车充电桩综合系统硬件部分，以功率管、调节功率、继电装置驱动、人机交互、参数采样、辅助电源等系统模块为主。功率管选定GBT专门驱动芯片M57962；继电装置选定三极管及光隔驱动；因调节功率系统模块属于储能式电动汽车充电桩综合系统硬件核心部分，故下列简单介绍DC/DC单向、AC/DC单向、DC/DC双向拓扑结构。一是，在交流电网和直流母线层面。交流电网和直流母线相互间实行不可控单项整流电路拓扑结构，220V单相交流电经整流滤波过后转变成311V的直流电；为避免电容充电产生过大电流，借助限流电阻R1实现电容充电。电容在充满电过后，便可吸合开关K2，以至于R1短路，电路损耗得以减少；滤波电容，其是通过400V/680μF型号电解电容予以串联所组成；因每个电容装置漏电流均有差别存在，故每个电容所在两端位置均并联均压电阻一个，以确保电容实际使用寿命得以延长；二是，在直流母线和电动汽车的电池组层面。直流母线和电动汽车的电池选定Buck变换装置，借助电流闭环或电压闭环实现对V1占空比调节，促使电池恒流或恒压充电得以实现；此种电路总体结构相对简单；功率管V1选定型号为FF100R12KS4的IGBT，耐压最高可达到1200V，而最大电流则为200A，其内部集成着续流式二极管，此系统内部续流式二极管型号为MURP20040CT，且内部串联400V/200A两个二极管的阴极，电池侧设LC滤波；三是，在直流母线和储能的电池组层面。直流母线和储能的电池组主要选定Buck-Boost变换装置。储能电池实施充电过程，V1及VD2予以导通，电路处于降压斩波运行模式；储能电池实际放电过程，V2及VD1予以导通，电路处于升压斩波运行模式；借助电流或电压闭环，两者恒流或恒压充放电系统功能均可实现，在一定程度上，此种变换装置总体个结构简单，内含双向功率有效输送能力。具体设计期间，功率管V1及V2选定型号为FF100R12KS4的IGBT，而电池侧则选定LC滤波。

2.3 在系统软件层面

此次对于储能式电动汽车充电桩综合系统设计，选定DSP的控制芯片负责控制整个系统。该控制系统软件主要负责实时监测电池电压、荷电状态（SOC）、充放电温度及电流等。功率调度，则可确保电池恒流或恒压充放电系统功能得以实现。实际工作期间，DSP采样所获取电压反馈相应信号和所设电压实施对比分析，结合误差信号实施PI合理调节操作。PI调节装置所输出信号经DSP内部相应脉冲所生成单元和三角载波实施对比分析，促使PWM的驱动产生，经对Buck变换装置内部开关管实际占空比有效调节，促进稳压功能得以实现。以同等方式，对恒流输出过程PI控制装置予以科学优化及调节。储能式电动汽车充电桩综合系统控制核心部分，选定TI公司所推出浮点型全新数字信号的处理装置TMS320F28335，其工作频率为150MHz，且内包PWM18路输出端口、高分辨率6路脉宽调制系统模块（HRPWM）、16路的12位数模高精度转换装置（ADC），实际转换时间为80ns

^[3]。

2.4 在实验分析层面

此次对于储能式电动汽车充电桩综合系统设计实验分析过程，选定3k W的一台实验样机，各项技术参数设定即为：交流输入单相220V电压，直流母线为311V电压；电动汽车的电池组选定12V60Ah四只串联铅酸式蓄电池予以模拟分析，储能的电池组选定12V30Ah四只串联铅酸式蓄电池予以模拟分析。借助所设计储能式电动汽车充电桩综合系统，针对电动汽车的电池组实施1C(60A)模拟充电操作，Buck-Boost变换装置处于Boost恒流式放电运行状态，为0.5C(30A)放电电流，交流电网所提供充电电流为0.5C(30A)，且功率管为10kHz工作频率。借助储能的电池组与交流电网对电动汽车的电池组实施同步恒流模拟充电期间，从Buck变换装置所输出的电压波形当中可了解到，开通关断操作时刻当中电压尖峰忽略情况下，电压纹波小于50mV；以充电最佳方案为储能的电池组实施充电期间，结合中端电压与充电电流实际变化曲线情况可了解到，开始阶段以0.1C(3A)的恒流予以充电，其电压达57.6V情况，实行恒压充电，一直到充电电流＜0.05C(1.5A)，结束充电。充电开始瞬间，电池电压骤然增大，而后则趋于稳定状态，最后实施恒流充电阶段，电池电压呈增大趋势，恒压充电期间，充电电流呈减小趋势，基本与理论变化相应过程相吻合。

结语

综上所述，此次所设计储能式电动汽车充电桩综合系统总体架构，以功率调节（PCS）、DSP控制为主。交流电网和直流母线相互间实行不可控单项整流电路拓扑结构，直流母线和电动汽车的电池选定Buck变换装置。直流母线和储能的电池组主要选定Buck-Boost变换装置，总体个结构简单，软件部分则选定DSP的控制芯片负责控制整个系统，经实验测试分析可确定此储能式电动汽车充电桩综合系统可满足于不同容量实施充电需求，电能消耗量可得以减少，实际应用过程极具便捷性，具备持续推广运用及研究价值。

参考文献

[1]李洁,赵峥.光伏储能式电动汽车直流充电桩的研究与设计[J].绿色科技,2019,33(018):215-516.

[2]李龙跃,杨本本,刘恋.储能式电动汽车充电桩的充放电控制系统分析[J].华东科技：综合,2019,25(013):102-103.

[3]王魁生,张晗.电动汽车充电桩检测评价系统的设计与分析[J].智能计算机与应用,2019,19(001):735-736.