電動汽車車載充電及DC/DC一體化技術(shù)研究及樣機設(shè)計

楊杭旭

（浙江金華職業(yè)技術(shù)學院，浙江 金華 321017）

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電動汽車車載充電及DC/DC一體化技術(shù)研究及樣機設(shè)計

楊杭旭

（浙江金華職業(yè)技術(shù)學院，浙江 金華 321017）

摘 要：結(jié)合目前電動汽車充電裝置主要是單一的車載充電以及DC/DC系統(tǒng)，文章提出了一種將車載充電與DC/DC進行一體化集成的理念，并完成了樣機的設(shè)計。最終通過試驗結(jié)果表明：①該集成控制器的效率并不低于單獨充電以及DC/DC系統(tǒng)；②該技術(shù)節(jié)約了成本，減輕了重量，大大推進了電動汽車集成化、小型化技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：車載充電；DC/DC；一體化；樣機設(shè)計

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.04.033

CLC NO.: U463.33Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)04-98-03

引言

目前市場上的電動汽車車載充電機和車載DC/DC都是兩套獨立系統(tǒng)，每一套系統(tǒng)都有獨立的電子零部件和散熱外殼，成本高同時占用車輛總布置空間，不利于車輛輕量化和成本控制；對此，曾也有部分廠家出于電動汽車輕量化的考慮，把車載DC/DC和車載電機驅(qū)動控制器集成到一起，共用一套散熱系統(tǒng)，可以有效減輕部分重量，但無法做到最佳效果。車載驅(qū)動電機控制器是電機驅(qū)動電路，而車載DC/DC是開關(guān)電源電路，兩套電路無法兼容合用，并且同時工作無法錯開；車載充電機和車載DC/DC工作可以錯開，因為兩者都是開關(guān)電源系統(tǒng)電路。因此，在設(shè)計時如果電壓參數(shù)選擇合理，可以考慮共用一套開關(guān)電源系統(tǒng)，共用一套散熱系統(tǒng)，即利用一套開關(guān)電源合并兩套系統(tǒng)，大大節(jié)約了電子零部件和材料成本，減輕整車重量。本文嘗試并設(shè)計了一種電動汽車車載充電及DC/DC一體化集成控制器，實現(xiàn)了集成充電技術(shù)，提高效率的同時降低了成本。

1、總體技術(shù)路線設(shè)計

基于從電動汽車充電時不能行駛，行駛時不能充電的特點考慮，本項目對車載充電機和車載DC/DC系統(tǒng)進行了整合，搭建了電動汽車車載充電機及車載DC/DC一體化集成系統(tǒng)，取消了車載DC/DC，將其功能有機整合到了車載充電機中。搭建技術(shù)方案如圖1所示。

圖1　技術(shù)實現(xiàn)原理框圖

系統(tǒng)實現(xiàn)兩種模式的切換：

（1）工作在充電模式

當車輛使用后停在充電樁時，充電插槍插入充電座，BMS通過CC確認信號后，通過CAN通訊傳輸數(shù)據(jù)給車載充電機和DC/DC控制器，車載充電機機和DC/DC控制器吸合K1，工作在充電機狀態(tài)，BMS吸合K2，系統(tǒng)給高壓動力電池充電。

（2）工作在DC/DC模式

當車輛充電插槍拔出后，車輛點火開關(guān)打到“ON”，車載充電機和DC/DC控制器K1常閉點接通高壓動力電池充電，K2斷開，工作在DC/DC狀態(tài)，系統(tǒng)給12V蓄電池充電。

2、主要部件設(shè)計

2.1 硬件主電路設(shè)計

要實現(xiàn)系統(tǒng)功能，對主電路的設(shè)計至關(guān)重要。在分析了常用充電電源（即開關(guān)電源、相控電源、線性電源）各自優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，本文采用了高頻開關(guān)電源進行了設(shè)計，設(shè)計的主電路包括DC/DC全橋功率變換電路、三相橋式整流電路，具體如圖2所示。

圖2　充電主電路圖

將220V家用電做為輸入，通過三相橋式整流電路進行整流，得到的直流電經(jīng)過處理后送入由Q1、Q2、Q3、Q4等組成的DC/DC功率變化電路形成高頻脈沖，將信號進行降壓后送入整流電路進行整流，最后將信號進行濾波，形成汽車上所需要的12V低壓直流電。

2.2 充電軟件主程序設(shè)計

本文的充電軟件主程序是基于TMS320F2812控制器在CCS編譯環(huán)境下進行開發(fā)，采用了模塊化的程序設(shè)計，主充電程序框圖如圖3所示。

圖3　主充電程序框圖

在充電及DC/DC集成系統(tǒng)開始工作后，首先進行AD模塊以及芯片內(nèi)管理模塊初始化，同時允許驅(qū)動功率保護、定時器1、實時時鐘中斷。之后開關(guān)中斷，實時時鐘中斷程序在設(shè)定時間到后將會中斷，即如果中斷1結(jié)果為Y，則定時器1中斷服務(wù)程序；驅(qū)動保護在功率中斷保護結(jié)果為Y時將中斷程序，為N時執(zhí)行充電子程序。在充電進行一段時間內(nèi)，根據(jù)蓄電池狀態(tài)來判斷是否充滿電，若充滿電則切斷主電路、充電結(jié)束。

3、樣機實驗結(jié)果分析

本文集成控制器的樣機如圖4所示。

圖4　集成控制器樣機

對樣機進行了試驗，并同獨立充電器進行了對比，得到結(jié)果如表1所示。

表1　試驗對比數(shù)據(jù)

通過試驗對主要參數(shù)的對比分析可看出，本文的車載充電及車載DC/DC集成控制器在減輕整車質(zhì)量的前提下，在充電效率、充電功率、功率因素等方面均要由于獨立車載充電器，性能優(yōu)良。

4、結(jié)論

本文介紹了一種車載充電及車載DC/DC集成控制器，搭建了總臺技術(shù)路線以及核心軟、硬件電路。樣機的試驗結(jié)果表明，該集成控制器具有較高的充電效率，符合電動汽車集成化、輕量化發(fā)展趨勢。目前，該充電器已經(jīng)國內(nèi)諸多電動汽車品牌中進行應(yīng)用，運行穩(wěn)定，有一定的推廣應(yīng)用價值。

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中圖分類號：U463.33

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)04-98-03

作者簡介：楊杭旭，碩士，目前從事汽車電控、汽車振動控制方面研究。

Research and Prototype Design of Electric Vehicle Charging and DC/DC Integrated Technology

Yang Hangxu
( Zhejiang Jinhua professional technology institute Zhejiang Jinhua 321017 )

Abstract:Combined with the current electric vehicle charging device is mainly a single vehicle charging and DC/DC system, the paper puts forward a kind of integrated integration of the concept of vehicle charging and DC/DC, and completed the design of the prototype. Finally through the test results show that: ①The integrated controller for the efficiency is higher than that of a separate charge and DC / DC system; ②the technology cost savings, reduce weight, greatly promoting the development of electric vehicle integration and miniaturization technology.

Keywords:Vehicle charging; DC/DC; integration; prototype design