电动汽车充电桩充电策略设计

1、电动汽车充电桩充电策略设计何盼盼打曹以龙i(上海电力学院电子与信息工程学院，上海200090)摘 要：为了实现通用型电动汽车充电桩对电动汽车的快速充电，研究了电动汽车各种充电方法以及蓄电池 soc检测方法，给出了充电拓扑图。通过采样电动汽车蓄电池端电压、电流以及温度等判断充电模式，采 用恒流、带放电脉冲和低恒压充电三种结合的方式对蓄电池进行充电。通过仿真，验证了快速充电的合理 性。关键词：电动汽车；快速充电；soc中图分类号：文献标志码：a文章编号：design of charging method for charging pile ofelectric vehiclehe panpan1,

2、 cao yi.lon(school of electronic and information engineering, shanghai university of electric power, shanghai 200090, ch i na)abstract： tn order to achieve fast charging of universal electric vehicle charging piles for electric vehicles this paper gave the charging topology of the battery after stud

3、ying a variety of charging methods of battery and detection methods of soc determine the charging mode by sampling the terminal voltage, current, and temperature of the battery charge the battery through a comb ination of the three following methods : constanl current charging, low conslant voltage

4、charging and charging with discharge pulse by simulating, fast charging was verified to be reasonablekey v/ords： electric vehicle; fast cheirging; soci随着能源与环境问题的日益严重，国家越來越重视电动汽车的快速发展巴 适用于电动收稿日期:通讯作者简介：何盼盼(1989-),女，在读硕士，江苏连云港人，主要研究方向为电动汽车动力电池智能 快速充电技术.e-mail:951298834 娠金项冃：国家自然科学娠金项冃(61202369):上海市科技创

5、新行动计划地方院校能力建设项冃(11510500900,:上海市教育委员会科研创新项目(12zz176j3yz102) 汽车的蓄电池种类也越来越广泛，迫切希望研究出可针对多种蓄电池充电的通用高效型电动 汽车充电站。目前国内外已有的充电方式中恒流充电适用性强，但是前期电流小，充电时间 长，能耗高；恒压充电最接近于充电电流曲线但是前期电流较大，对电池损坏严重；脉冲式 充电析气小不发热，大大缩短了充电时间；间歇充电能量效益高，速度快。结合各种充电方 法的优缺点，本文设计了一款通用型电动汽车用智能充电机，对于任意类型和任意状态的电 动汽车用蓄电池，充电机可以检测其所处的状态，

6、结合电池状态选择合适的充电方式，控制 输出电流，有效的减少气体的析出，提高充电效率，减少充电时间，避免蓄电池由于充电电 流过大而报废。1充电站总体设计1.1充电站主电路框图结构图1为充电站主电路设计框图，首先从电网上获取三相交流电，经过三相电压型pwm整 流器整流以后变成直流，再将直流通过dc/dc变换转化为蓄电池充电所需要的电压值从而对 蓄电池进行充电。三相殳流电口吕dsc变涣器番电池充电俟块图1充电站主电路设计框图1.2充电方式根据马斯提出的蓄电池最佳充电曲线结合各种充电方法的有优缺点，选择合适的充电方 式。在蓄电池充电初期电压较低，可接受的充电电流较大，选择电流较大的恒流（一般为1c,

7、这里c是指电池容量，例如12ah容量的电池用12a放电则放电率就是1c）充电保证在较短的 时间内获得大量的电量。当电压达到设定值以后改为带放电的脉冲充电（充电电流一般为 1-3c,放电电流一般为2-5c）,当电池电量接近充满时改为低恒压充电以弥补由于蓄电池自 放电而减少的电量。这里采用恒流、脉冲、低恒压三种相结合的方式对蓄电池进行充电可有 效减少充电时间，提高充电效率。对充电曲线图如图2所示。图2蓄电池充电电流曲线图1.3蓄电池soc检测方法在目前已有的soc检测方法中放电实验法只适用于电池检修；开路电压法需要较长的静 置吋问；内阻法精度很难提高；安吋法存在累积误差；卡尔曼滤波对噪声有很好的抑

8、制作用。 因此本文采用安时法和卡尔曼滤波法结合估算蓄电池soc可以减少误差实现最优估算。 安时法是最常用的soc估算方法，已知充电初始电池剩余电量为soc（）,那么当前状态的剩 余电量为1 "soc = soc。加（/劝（1）c” 0其中c”为电池额定容量，迫）为电池瞬时电流，为库伦效率系数。卡尔曼滤波算法结构流程图如下图3：注：4孫统矩阵；b厂输入矩阵；c厂测量矩阵；姝电池电流等参数；儿电池工作电压；叫、冬高斯白噪声。图3卡尔曼算法结构图soc为系统状态的分量。对（1）进行零阶保持采样离散化后得到系统状态方程：za+i =z& 一（琴）4（2）（2）式屮比为k时刻电池的so

9、c,结合电池的模型预测估计蓄电池电压如下：kyk = k- rik鸟灼 + 心 ln（zj + k4 ln（l-zj + vk（3）z&其中为电池负载电压，4为电池负载电流，尺为电池内阻，%、&、&、k3 >心均为电池模型的模世系数。结合（2） （3）式用卡尔曼滤波法直接递推估算出蓄电池soco1.4停充控制方法在蓄电池快速充电过程中，在电池充满电后，如果仍然继续充电，电池的温度将迅速上 升，同吋端电压会有所下降，所以为了保证电池能充足电又不过充电，本文采用温度控制和 电压负增量控制相结合的综合控制方法控制蓄电池停充，可简单表述如下：a«/ar<0

10、2电池模型电池模型主要分为内阻模型、阻容模型、动态模型等。这里rh于选取的蓄电池剩余电量 检测中安时法存在电流积分会产生累积误差，为了尽量减少误差，本文电池模型采用不带有 电流积分同吋动静态特性较好的thevenin模型。图4所示为thevenin电池模型。其中他为欧姆电阻，rc、分别为电池极化电阻和极化电容，%为电池开路电压，uq 为蓄电池端电压，匕（0）为极化电阻两端电压。数学关系模型如下:整理由（2）式得:则可知:du edtusoc(t) = f(soc(tt)匕= /（0）w rg +rj（也）。=%-血）（&）+尺）+ （印一匕（°）£也(5)(6)(7

11、)(8)(9)3充电主电路设计作为一款通用性的电动汽车充电机，充电主回路主要由三相交流电源、三相电压整流器、 dc-dc变化器和蓄电池组四部分构成。由电压电流采样电路采集蓄电池端电压、充电电压 以及充电电流模拟信号，处理后传送至cpu （系统cpu采用dsp器件tms320f2812）。 由系统cpu估算蓄电池剩余电量，设定相应pwm参数，改变占空比从而改变igbt的导通 以及关断时间，调整充电模式。这里使用软启动技术使充电电压平滑变化，避免由于充电 方式的转变对蓄电池造成的损坏。充电机主电路图如下图5：cv图5充电机主电路图4系统软件设计如第二节所说系统的充电控制由tms320f2812芯片

12、实现，对充电电压、充电电流、蓄 电池的端电压和温度等进行采样分析和处理，通过处理过的电流电压温度等信号，判断应用 何种充电方式，实时调整电路开关igbt的占空比，控制充电电流大小与时间。控制流程图如下图6所示。图6动力屯池充电软件流程图实验结果根据上诉通用型电动汽车充电桩结构，在matlab/simulink中对其进行仿真，设定电池 额定电压为12v,电池额定容量为27ah,初始soc为0,开始使用27a恒流对其充电，当电 池电压达到设定值13.4v (这里电压设定值为经验值)，转化为正脉冲为54a的脉冲充电。 充电蓄电池soc随时间变化以及电池电压随时间变化情况如图7 (a) (b)图7 (a)电池电压随时间变化llll线图7 (b)蒂电池剩余电戢随时间变化illi线本论文设计了蓄电池快速充电的总体方案。用matlab建立了蓄电池快速充电模型，运 行结果表明，选用恒流充电与脉冲充电以及低恒压充电相结合的方法可有效节省蓄电池的充 电时间。参考文献：1鲁莽,周小兵，张维国.内外电动汽车充电设施发展状况研究j.华中电力，2010,5(23)： 16-20.21何永学，郑敏信.基于stm32电池管