電動汽車車載充電及DC/DC一體化技術研究及樣機設計

楊杭旭

（浙江金華職業技術學院，浙江 金華 321017）

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電動汽車車載充電及DC/DC一體化技術研究及樣機設計

楊杭旭

（浙江金華職業技術學院，浙江 金華 321017）

摘 要：結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，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，并完成了樣機的設計。最終通過試驗結果表明：①該集成控制器的效率并不低于單獨充電以及DC/DC系統；②該技術節約了成本，減輕了重量，大大推進了電動汽車集成化、小型化技術的發展。

關鍵詞：車載充電；DC/DC；一體化；樣機設計

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，每一套系統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和車載電機驅動控制器集成到一起，共用一套散熱系統，可以有效減輕部分重量，但無法做到最佳效果。車載驅動電機控制器是電機驅動電路，而車載DC/DC是開關電源電路，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，因為兩者都是開關電源系統電路。因此，在設計時如果電壓參數選擇合理，可以考慮共用一套開關電源系統，共用一套散熱系統，即利用一套開關電源合并兩套系統，大大節約了電子零部件和材料成本，減輕整車重量。本文嘗試并設計了一種電動汽車車載充電及DC/DC一體化集成控制器，實現了集成充電技術，提高效率的同時降低了成本。

1、總體技術路線設計

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，取消了車載DC/DC，將其功能有機整合到了車載充電機中。搭建技術方案如圖1所示。

圖1　技術實現原理框圖

系統實現兩種模式的切換：

（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通訊傳輸數據給車載充電機和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，BMS吸合K2，系統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，系統給12V蓄電池充電。

2、主要部件設計

2.1 硬件主電路設計

要實現系統功能，對主電路的設計至關重要。在分析了常用充電電源（即開關電源、相控電源、線性電源）各自優缺點的基礎上，本文采用了高頻開關電源進行了設計，設計的主電路包括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 充電軟件主程序設計

本文的充電軟件主程序是基于TMS320F2812控制器在CCS編譯環境下進行開發，采用了模塊化的程序設計，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集成系統開始工作后，首先進行AD模塊以及芯片內管理模塊初始化，同時允許驅動功率保護、定時器1、實時時鐘中斷。之后開關中斷，實時時鐘中斷程序在設定時間到后將會中斷，即如果中斷1結果為Y，則定時器1中斷服務程序；驅動保護在功率中斷保護結果為Y時將中斷程序，為N時執行充電子程序。在充電進行一段時間內，根據蓄電池狀態來判斷是否充滿電，若充滿電則切斷主電路、充電結束。

3、樣機實驗結果分析

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，得到結果如表1所示。

表1　試驗對比數據

通過試驗對主要參數的對比分析可看出，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，性能優良。

4、結論

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

參考文獻

[1] 陳清泉.現代電動車、電機驅動及電力電子技術[M].北京：機械工業出版社，2005.

[2] 郭煜.電動汽車雙向DC/DC變換器的研究[D]. 天津：天津大學，2004：7-12.

[3] 王皆慶.純電動汽車電池充電器的研究[D]. 北京：北京交通大學，2009：3-8.

[4] 李昌林.電動汽車車載充電系統的設計與實現[D]. 武漢：武漢理工大學，2008：7-9.

[5] 王寶瑛等.電動汽車用DC/DC變換器模糊控制的研究[J]. 汽車技術，2005,32（6）：53-56.

[6] WensongYu,HaoQian,Jih-Sheng Lai.Design of High-Efficiency Bidirectional DC/DC Converter and High-Precision Efficiency Measurement[R].USA:34th Annual Conference of IEEE，2008：112-114.

[7] Yu Jiansheng. A Novel Voltage Regulator Module With Intergraded Coupled Magnetic Path [J].TRANSACTINS OF CHINA EIECTRO TECHNICAL SOCIETY,2006,21(10)：87-89.

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