電動(dòng)汽車車載光伏充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

宛東

【摘 ?要】隨著新能源汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，將光伏系統(tǒng)應(yīng)用到電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)中不僅能夠緩解電動(dòng)汽車電池組長期充電不能完全充滿而帶來的壽命問題，而且還可以達(dá)到提高電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程、節(jié)約能源的效果。因此，結(jié)合實(shí)踐調(diào)查，提出設(shè)計(jì)一種電動(dòng)汽車車載光伏充電系統(tǒng)，以此滿足電動(dòng)汽車發(fā)展的要求。

【Abstract】With the continuous development of new energy vehicle technology， the application of photovoltaic system in electric vehicle charging system can not only alleviate the life problem caused by incomplete charging of electric vehicle battery pack for a long time， but also improve the cruising range of electric vehicles and save energy. Therefore， combined with practical investigation， this paper proposes to design the on-board photovoltaic charging system for electric vehicles， so as to meet the requirements of the development of electric vehicles.

【關(guān)鍵詞】電動(dòng)汽車;光伏充電系統(tǒng);設(shè)計(jì)

【Keywords】electric vehicle; photovoltaic charging system; design

【中圖分類號(hào)】U469.72 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2020）09-0186-02

1 引言

隨著我國環(huán)境保護(hù)力度的不斷增強(qiáng)，新能源已經(jīng)成為推動(dòng)我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要因素。光伏發(fā)電是一種新型發(fā)電技術(shù)，其具有高效、安全、無污染的特點(diǎn)。隨著電動(dòng)汽車市場保有量的不斷增加，電動(dòng)汽車在給人們帶來巨大的便利的同時(shí)，電動(dòng)汽車的充電問題成為電動(dòng)汽車發(fā)展的重要因素。例如，傳統(tǒng)的電動(dòng)汽車充電模式難以使電池快速充滿，充電續(xù)航里程較短等問題較為突出。設(shè)計(jì)一種基于電動(dòng)汽車車載的光伏充電系統(tǒng)可以避免上述問題，因此本文結(jié)合實(shí)踐調(diào)查，提出基于EVG-2的電動(dòng)車車載光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用方案。

2 電動(dòng)汽車光伏系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

基于電動(dòng)汽車的使用性能，要求車載光伏充電系統(tǒng)具備為汽車提供持續(xù)行駛和照明的功能。本文選取的是EVG-2小型電動(dòng)車，因此根據(jù)電動(dòng)車的結(jié)構(gòu)布局看，其在布置光伏電池后，由于光伏電池的最大輸出功率為131.04～171.36W，因此，其不能滿足電機(jī)驅(qū)動(dòng)要求。所以需要將光伏電池發(fā)電系統(tǒng)作為輔助能源系統(tǒng)。在光伏充電系統(tǒng)中設(shè)置汽車配備儲(chǔ)能元器件。①儲(chǔ)能控制。由于光伏電池容易受外界環(huán)境的影響，其在運(yùn)行的過程中具有不穩(wěn)定性，所以需要在穩(wěn)壓后采用儲(chǔ)能裝置，以此將能量穩(wěn)定地傳遞給負(fù)載。但是當(dāng)光照不足時(shí)就會(huì)導(dǎo)致光伏電池的功率不能滿足啟動(dòng)逆變器的目的。為了解決上述問題需要采取超級(jí)電容組儲(chǔ)能的間歇式充電方式。②蓄電池的充電控制。蓄電池在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的作用非常突出，結(jié)合光伏充電原理，本設(shè)計(jì)采取階段性充電法為電池輸送電能。

3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 升壓主電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采取的boot升壓電路作為主控制電路，由于光伏充電系統(tǒng)與外界光照強(qiáng)度有很大的關(guān)系，例如，當(dāng)光照強(qiáng)度高時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生比光伏輸出額定電壓更高的電壓給蓄電池組進(jìn)行充電，而當(dāng)光照弱時(shí)就會(huì)出現(xiàn)發(fā)電效率下降的問題，因此需要設(shè)置弱光的電壓通過超級(jí)電容儲(chǔ)能方式進(jìn)行持續(xù)發(fā)電。

3.2 主芯片選擇

主芯片是光伏充電系統(tǒng)的核心硬件，光伏充電系統(tǒng)的最終目的就是將獲得太陽能的最大電能輸出給蓄電池組，由于光伏充電系統(tǒng)的工作原理需要根據(jù)輸出電壓、電流以及電池組的能力需求等因素進(jìn)行計(jì)算，以此達(dá)到控制光伏電池最大功率點(diǎn)的跟蹤。而這些過程需要對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，所以為了提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度，選擇美國TI公司生產(chǎn)的TMS320F2812控制芯片。之所以選擇該芯片原因有二：一是電源電路及復(fù)位電路。該芯片的功耗損耗非常低，具有上電自動(dòng)復(fù)位功能，能夠控制輸出兩種電壓電流等級(jí)的功能。二是具有仿真接口電路設(shè)計(jì)。一般的芯片由于電纜長度較長，因此其存在信號(hào)失真的現(xiàn)象，而此種芯片具有仿真接口，這樣可以盡可能降低插頭可靠性低造成的信號(hào)失真現(xiàn)象。

3.3 MOSFET驅(qū)動(dòng)電路和緩沖電路

為了將主電路的開關(guān)頻率升至30kHz，為了提高系統(tǒng)的工作效率，選擇IRFB4110型的功率MOSFET為電子開關(guān)，MOSFET屬于電壓型驅(qū)動(dòng)電氣，其開關(guān)損耗主要與器件的開關(guān)速度有關(guān)，以此為了提高其開關(guān)性能，本次采取利用自舉式電源給驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O的驅(qū)動(dòng)芯片電路提供電能，如圖1所示。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)采取的是CCS開發(fā)環(huán)境，采取TMS320F2812作為主控芯片，通過C語言編程實(shí)現(xiàn)對各個(gè)系統(tǒng)的控制。在系統(tǒng)軟件中設(shè)置了功率驅(qū)動(dòng)保護(hù)斷寄存器，這樣當(dāng)系統(tǒng)功率電路中出現(xiàn)了電壓過大或者過小的電流后，電感電流就會(huì)達(dá)到上限制，就會(huì)啟動(dòng)保護(hù)裝置系統(tǒng)。

本次設(shè)計(jì)采取兩種充電模式：

①在強(qiáng)光下光伏充電輸出直接連接DC升變換器給蓄電池充電（見圖2）。由于選用的蓄電池型號(hào)為48V，因此，在實(shí)際運(yùn)行中設(shè)計(jì)兩種充電模式：第一，基于模糊控制的采取最大輸出功率的工作方式;第二，對電池進(jìn)行保護(hù)的恒壓充電模式。其控制模式采取的是比蓄電池端電壓略高的閾值進(jìn)行控制。閾值設(shè)定為51.8V，當(dāng)蓄電池電壓低于51.8V時(shí)，就會(huì)采取充電模式，當(dāng)不低于51.8V時(shí)就會(huì)采取恒壓充電模式。

②在弱光下進(jìn)行充電，如圖3所示。弱光模式下充電系統(tǒng)加入超級(jí)電容組，設(shè)置的超級(jí)電容組的充電上限值為20V、下限值為16V。當(dāng)電容電壓高于上限后，光伏充電板與超級(jí)電容組之間的通道就會(huì)關(guān)閉，超級(jí)電容組就會(huì)對蓄電池進(jìn)行放電。同時(shí)充電系統(tǒng)就會(huì)進(jìn)入光強(qiáng)模式，并且實(shí)時(shí)監(jiān)測超級(jí)電容組的電壓，當(dāng)?shù)陀谙孪拗岛?，完成放電?/p>

5 電動(dòng)車載光伏充電系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過實(shí)驗(yàn)測試，本文設(shè)計(jì)的車載光伏充電系統(tǒng)能夠有效地解決電動(dòng)車傳統(tǒng)問題。例如，通過測試結(jié)果顯示當(dāng)日照強(qiáng)度遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)日照度1000W/m時(shí)，輸出功率較低，但系統(tǒng)效率還是在88%以上，還是處于較高的水平。

【參考文獻(xiàn)】

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