新能源汽車充電樁系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)案例概述目錄TOC\o"1-3"\h\u24935新能源汽車充電樁系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)案例概述 159411.1汽車充電樁的方案論證 1188541.1.1汽車充電樁的分類 158761.1.2拓?fù)浞桨副容^ 383431.2汽車充電樁系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和功能 51.1汽車充電樁的方案論證1.1.1汽車充電樁的分類計(jì)劃方案1:汽車充電樁分成交流充電樁和直流充電樁，交流充電樁又稱之為溝通交流供電系統(tǒng)設(shè)備，安裝于（固定不動(dòng)在路面上和墻面上）商業(yè)建筑（寫字樓，大型商場(chǎng)，公共停車場(chǎng)）和住宅小區(qū)地下停車場(chǎng)或是電動(dòng)車充電站內(nèi)，選用傳輸?shù)姆椒榫邆滠囕d充電機(jī)的純電動(dòng)車給予人機(jī)交互技術(shù)操作面板及溝通交流充電接口，而且具有相對(duì)應(yīng)的測(cè)控技術(shù)維護(hù)作用和專用型設(shè)備。圖1.1交流充電樁圖1.2直流充電樁計(jì)劃方案2：車載充電機(jī)大部分稱之為交流蓄電池充電機(jī)安裝于新能源汽車充電樁上，選用三相或單相異步電機(jī)源通過電源插座和電纜線與交流電源插座連接。車載充電機(jī)的優(yōu)勢(shì)在于何時(shí)何地給電池來充電。蓄電池充電機(jī)額定電流的交流電流插座，對(duì)純電動(dòng)車的車截動(dòng)力鋰電池開展電池充電。車載充電機(jī)的缺陷是受純電動(dòng)車的室內(nèi)空間限制，功率較小，輸出的電流較小，對(duì)動(dòng)力鋰電池的電池充電時(shí)間較長(zhǎng)。非車載充電機(jī)大部分稱直流電蓄電池充電機(jī)，即選用直流電電池充電方式，直流電電池充電方式是以蓄電池充電機(jī)輸出的可控性直流穩(wěn)壓電源立即對(duì)驅(qū)動(dòng)力鋰電池組開展電池充電。非車載充電機(jī)安裝于固定不動(dòng)的地址，蓄電池充電機(jī)的溝通交流鍵入開關(guān)電源已事前聯(lián)接進(jìn)行。蓄電池充電機(jī)的直流電輸出端在電池充電實(shí)際操作時(shí)再與純電動(dòng)車的車截動(dòng)力鋰電池聯(lián)接。非車載充電機(jī)的輸出功率大，能夠給予幾百千瓦的電池充電輸出功率，能夠?qū)嚱貏?dòng)力鋰電池開展極速充電。圖1.3圖1.4計(jì)劃方案3：無(wú)線充電技術(shù)不需要有線連接充電，通過電磁共振、射頻、電磁感應(yīng)的方式實(shí)現(xiàn)輸送電力（無(wú)線狀態(tài)充電）現(xiàn)階段常見的幾種電力傳輸方式有微波傳輸式、電磁感應(yīng)式以及磁場(chǎng)共振式。不同的電力傳輸方式操作方法不同，同時(shí)也各有優(yōu)缺點(diǎn)，但從基本原理角度來講，以上幾種電力傳輸方式是一致的。利用交變電磁場(chǎng)的電磁感應(yīng)，來實(shí)現(xiàn)電能的無(wú)線傳輸。綜上所述，新能源汽車充電樁選用交流汽車充電樁較好，由于其體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合大眾普及和推廣。而車載充電機(jī)不論在任何時(shí)候以及任何時(shí)候都可以充電，缺點(diǎn)是電動(dòng)汽車的空間所限，功率較小，輸出的充電電流小，對(duì)動(dòng)力電池的充電時(shí)間較長(zhǎng)。非車載電機(jī)優(yōu)點(diǎn)工作效率高，以及充電速度快。缺點(diǎn)只能固定一個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行充電。無(wú)線充電基于目前國(guó)內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r技術(shù)發(fā)展不純熟，需要時(shí)間進(jìn)行發(fā)展。綜上三種方案，交流汽車充電樁的成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)力電池友好，普及性的效果來說選用其方案最為合適。圖1.5圖1.61.1.2拓?fù)浞桨副容^（1）方案一一級(jí)拓?fù)浞桨甘侵?，僅用一級(jí)拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)PFC和調(diào)節(jié)輸出電壓的功能，它們有一個(gè)共同特征是交流側(cè)均需反并聯(lián)兩個(gè)開關(guān)管組成雙向開關(guān)。該方案的缺點(diǎn)是，輸入電流與輸入電壓同相，輸入功率二倍工頻變化，因此輸出二倍工頻紋波較大，且交流側(cè)所有的開關(guān)管均需要流過高頻電流[10]。在工況復(fù)雜的情況下，該方案的魯棒性較差，目前還沒有成熟的應(yīng)用產(chǎn)品。

圖27一級(jí)各種方案拓?fù)浜鸵患?jí)拓?fù)浞桨篙敵鰝?cè)等效電路兩級(jí)方案是目前應(yīng)用最為成熟的方案，通常前級(jí)為具備能量雙向流動(dòng)能力的PFC拓?fù)?，后?jí)為隔離型DC/DC。功率因數(shù)校正工作主要是由前級(jí)負(fù)責(zé)的。中間依靠較大的母線電容完成兩級(jí)解耦，后級(jí)完成穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)。其優(yōu)勢(shì)在于兩級(jí)電路控制解耦，動(dòng)態(tài)性能好，輸出工頻紋波小，兩級(jí)效率可以分別優(yōu)化至較高的水平，并且在工程應(yīng)用中獲得較好的魯棒性；缺陷是需要的母線電容較大，是進(jìn)一步優(yōu)化體積的難點(diǎn)。在兩級(jí)方案中，由于有較大的母線電解電容，能起到緩沖二倍工頻功率的作用。類似于前文的分析方法，前級(jí)PFC可以等效為一個(gè)含有二倍工頻紋波的電流源，圖2-3所示為等效后的電路。圖28兩級(jí)拓?fù)浞桨篙敵鰝?cè)等效電路兩級(jí)方案降低輸出二倍工頻紋波的方法主要是依靠大容量的直流母線電容，其優(yōu)化的關(guān)鍵在于提高后級(jí)系統(tǒng)的帶寬和二倍工頻處的控制增益。綜合來看，兩級(jí)方案在減小輸出二倍工頻紋波的關(guān)鍵特性上，有更好的預(yù)期表現(xiàn)，并且不需要付出額外的硬件成本。綜上所述，普遍認(rèn)為采用兩級(jí)方案更有優(yōu)勢(shì)，即前級(jí)PFC+后級(jí)DC/DC。(2)方案2三相橋式整流電路，該電路的特點(diǎn)是在充電時(shí)，整流三相工頻交流電源(380V/50HZ)輸出的電流，然后借助電感La和Ca對(duì)輸出的電流做濾波處理，之后將其轉(zhuǎn)化為直流電源輸出，從本質(zhì)上來講，三相橋式整流電路其實(shí)是完成了外界電源的AC-DC變換[2]。全橋功率變換電路。該電路的特點(diǎn)是在充電時(shí)，IGBT管Q1、Q2、Q3和Q4會(huì)將直流電變?yōu)楦哳l脈沖交流電，之后其會(huì)進(jìn)入到變壓器當(dāng)中，變壓器是高頻變壓器，變壓器對(duì)對(duì)該交流電進(jìn)行降壓[10]。然后輸出電路所需高頻脈沖交流電，在這一過程中會(huì)整流電壓，令其達(dá)到電路所需電壓，之后輸出直流電壓。輸出的直流電壓的大小一般情況下來講與四個(gè)IGBT管通段時(shí)間和高頻變壓器匝數(shù)有直接關(guān)聯(lián)。全橋功率變換電路的輸入和輸出電流均是直流電，所以其能夠完成DC-AC-DC的轉(zhuǎn)換Ml[5]。放電去極化電路可以對(duì)電池進(jìn)行指定電流放電，可以在一定程度上降低充電時(shí)產(chǎn)生的極化現(xiàn)象，進(jìn)而能夠避免電池被損害。1.2汽車充電樁系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和功能汽車充電樁的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)主要的工作原理由上圖可知，電源部分由AC/DC模塊，DC/AC模塊組成，而控制部分有輸入保護(hù)檢測(cè)模塊，控制單元，保護(hù)檢測(cè)，通訊模塊組成。交流充電樁控制系統(tǒng)的核心組件要非微控制器莫屬，非微控制器有著非常強(qiáng)大的信號(hào)處理能力，而其支持多種外設(shè)設(shè)備。其通過異步串行接口（USART）以及IO端口分別與觸摸屏和指示燈相連，是人機(jī)交互不可缺少的功能。交易結(jié)算模塊主要由兩個(gè)部分構(gòu)成了RFID讀寫器和充電卡，其中讀寫器通過串行外設(shè)接口（SPI）[14]和微控制器實(shí)現(xiàn)了交互，用戶可以借助這一交互功能識(shí)別身份或者支付充電費(fèi)用。在設(shè)計(jì)電參數(shù)測(cè)算模塊，綜合各方面考慮，主要由兩部分組成，以太網(wǎng)轉(zhuǎn)串口模塊和內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，二者通過異步串行接口（USART）與微控制器通信，傳輸數(shù)據(jù)。電氣防護(hù)模塊主要有四部分構(gòu)成，分別是防雷器、交流接觸器、急停開關(guān)以及斷路器。電氣防護(hù)模塊工作狀態(tài)也會(huì)受到微控制器的監(jiān)測(cè)