新能源纯电动汽车直流充电设计介绍

电动汽车充电系统是电动汽车的重 要基础支撑系统，是实现电动汽车产业化和推广普及的关键条件，对电动汽车的产业发展具有重大影响。

 

 

电动公交车等大型车辆充电功率大，需设置集中的充电站，采用直流方式充电。小轿车等社会车辆充电功率小，更适合分布式的交流充电模式。电动汽车公共能源供给系统的建设需要根据电动汽车的充电需求，结合电力负荷的特点，在电动汽车不同的发展阶段采用不同的充电服务模式，规划充电基础设施布点，从而实现提尚电力设备综合利用效率，调节电网峰谷平衡，改善电网负 荷特性，增加电能在终端能源消费比重的目标。 因此充电装置的功能，应引导并推动电动汽车。

当前电动汽车充电接口分为交流和直流两种，交流输入型电动汽车带有车载AC-DC变换器，只需釆用交流充电机，输出交流单相220v或三相380V为电动汽车充电，其主要用于小型车辆(场馆车、观光车、小轿车等)，直流输入型电动汽车采用直流充电机为电动汽车动力电池提供直流电压/ 电流，充电机需与车载能量管理系统进行通信，以获取电池信息和充电信息，此种充电方式主要针对 大功率车辆(电动客车、电动工程车等)。

 

 

一、直流充电系统构成直流充电系统由_整流装置、直流输入控制装置、直流输出控制装置和直流充电管理装 置组成。其系统框图如图1所示。

 

 

各装置功能说明如下：(1)PWM整流装置:对输入的三相交流电进行整流，经滤波后，形成稳定的直流母线电压(650V》以提供给后级输出控制装置，为输出控制装置提供动力电源。

(2)直流输入控制装置(DCM):主要用于直 流电能计量，直流供电控制、安全防护等。

(3)直流输出控制装置(PUM):主要用于与 车载BMS(能量管理系统)通信，进行DC/DC功率变换，输出动力电池所需电压、电流。

(4)直流充电管理装置:用于人机交互和界 面显示，实现身份识别、费用收取、票据打印、数据 管理、控制输入控制装置供电等。

二、直流充电系统实现

2.1 PWM整流装置实现流装置主电路如图2所示。

 

 

人机交互:用于工作状态检查、参数设置、系 统维护;控制板:根据参数设定，输出控制脉冲;

扩展接口：用于远程状态查询、控制;

控制电源:提供各模块的电源;

流装置采用三相电压型拓扑结构，由 空气开关、预充电电阻、交流接触器、输入侧电感、 三相全控型桥式变换器、直流母线电容、假负载、 IGBT驱动和保护电路、控制系统等部分组成。

PWM整流装置控制系统为由电流内环、电压外环构成的双闭环控制系统，DSP作为主控制芯 片，釆用电压空间矢量调制(SVFWM)算法实现对 输入电流、输出电压的控制。直流侧输出电压经过取样反馈，与给定参考电压比较，以比较后得到 的误差值作为电压环PI调节节器的输入，输出作为交流侧电流幅度的给定。电流环PI调节器以电流幅度给定及电流反馈信号作为输入，经过运算后获得空间指令电压矢量，然后通过空间电压矢量合成，使得实际的空间电压矢量跟踪指令电压矢量，以达到控制输入电流幅度和相位的目的。

PWM整流装置的保护电路通过对输入电压、输出电压、输出电流等的釆样，实现输入过压、输入欠压、输入缺相、输出过压、输出过载、输出短路 等保护功能。

2.2 输入控制装置实现直流输入控制装置由功率控制模块、充电电 能计量模块、单片机控制板、控制电源板等组成， 系统框图如图3所示。

 

 

当进行充电操作时，在DC650V电压正常并 且充电插头己经正确连接后，单片机控制板通过CAN信接口接收直流充电管理装置的控制信号，控制接触器接通，为输出插座供电。在充电过程中，控制板定时读取电度表的数据，并发送给充电管理装置。当充电结束时，控制板控制接触器断开，停止为输出插座供电。

2.3直流输出控制装置实现直流输出控制装置硬件框图如图4所示。

 

 

直流输出控制装置主电路釆用隔离型DC/DC变换器拓扑，由前级输入电容、滤波电路、桥式 变换器、高频变压器、输出二极管整流桥、输出接 触器等部分组成。输出电压、电流信号经过采样反馈电路送入控制板，与给定信号进行比较，通过 PI调节器后，作为控制信号输入PWM生成模块， 通过改变控制脉冲的占空比来调节输出电流或电压。

控制板通过CAN通信接口接收BMS(车载电池管理系统)的电池信息，根据BMS控制指令来启动、停止充电过程，同时根据充电控制算法实现对输出电流、电压的控制。人机接口提供直流输出控制装置工作参数显 示、按键控制、MCM信功能。2.4 充电管理装置实现充电管理装置的系统结构如图5所示，主要 由嵌入式控制器、触摸显示屏、射频卡读卡器、 C_信卡、远程监控通信扩展卡、微型打印机 等部分组成。

 

 

图4

工作流程描述如下：MCM首先通过射频卡读 卡器读取用户信息，并显示E卡信息，提示用户 正确连接充电插头，选择充电时间、充电方式等， 并确认启动充电。

在充电过程中，MCM定时获取电量数据。当达到用户设置的充电时间或充电电量时，发送停 止充电指令给直流输入控制模块，控制直流输入 控制模块中主接触器动作，切断动力电源，并在人机操作界面上提示用户充电结束，用户拔下插头 后，可以进行结帐、查看消费信息、打印票据等操 作。

三 、系统特点1、釆用模块化设计思想，充电系统的电源模块、控制模块、输出模块逻辑、物理上分开，便于 维修和替换。

2、控制模块满足通用化要求，可通过配置 不同的电源模块和充电模块形成不同的产品系列。

3、各模块之间米用弱亲合连接，适应未来 不同的电动汽车能源供给服务模式需求。

4、系统具有在线编程功能，程序开发方便， 具有集成度高、可靠性好等突出特点。

5、系统显示形式多样、准确性高，具有良好 的人机交互界面，操作便利。

6、系统采用冗余设计，预留大量开发空间， 便于功能的扩展和升级换代。