一種典型的電動汽車充電器的仿真和測試

劉光遠

【摘 要】電動汽車充電設施可以減少車載電池的能量存儲，因此，對電動汽車的發展是十分重要的。由于電動汽車有限的電池容量，決定了電動汽車有限的行駛范圍。我們仿真和測試了一種典型的電動汽車車載充電器。充電器的仿真由電力仿真軟件PSIM完成。我們希望這個研究能對更進一步的開發車載充電系統的設施做貢獻。

【關鍵詞】電動汽車；充電設施；充電標準

【Abstract】Because the electric vehicle（EV）charging infrastructure can reduce the EV on board energy battery，so it is important to the development of EV.The limited capacity of EV battery causes limited range of EV.We presented the simulation and testing of a typical on board charger used in electric vehicle prototype.Simulation of charger circuits is done by electric power simulation software PSIM.We expected that this study can contribute for further research and development on EV charging system infrastrucrure.

【Key words】Electric Vehicle；Charging Infrastructure；Charging Standard

0 引言

由于人們越來越清楚的認識到碳排放對環境帶來的危害，于是也想辦法讓可再生能源供交通工具使用。在這種理念的指引下，汽車產業也開始生產和長遠規劃電動汽車和混合動力汽車。

在這個氣候變化和環境變暖的時代，電動汽車不僅有許多經濟方面的優點，而且從環保角度來說，也是十分有益的。電動汽車的出現也在推動制造商進行相關的研究和開發，以及推動分散于城市各地的充電設施。

電動汽車也可使我們減少對化石燃料的依賴，并且使我們把可再生能源作為首選能源。這會對環境也帶來正面影響，因為可以減少使全球變暖的排放物。

未來十年電動汽車使用量的增長將與幾個重要因素有關。這些因素包括電動汽車的國際標準，通用充電站的標準，通用的配套設備，還有用戶友好的應用軟件。已經有許多組織開始成立來推出這些標準，包括國際能源機構（IEA），汽車工程師學會（SAE），還有電氣與電子工程師學會（IEEE）。

電動汽車充電站也亟需修建，因為充足的這些設施可以減少車載電池所需的容量。電動汽車有限的行駛范圍主要受制于電池的容量，也可以通過在重要的點修建充電站來解決。因此，配備電池的費用也可節省一些。

對電動汽車充電系統的標準同樣是一個非常重要的因素。通過應用這些標準，肯定會使公共場所的收費基礎設施受到認可，也會創造一個良好的用戶和所使用技術之間的良好互動。從經濟的角度來說，這些也將降低制造成本。

1 傳導充電系統

電動汽車的充電系統必須滿足兩種基本功能。它們是兩個電氣功能和一個機械功能。在直流電壓下，電動汽車的電池是不同的，取決于額定電壓，充電狀態，和充電率和放電率。第一個電氣功能是將交流電壓整流為直流電壓，第二個電氣功能是調節電池的電壓，以便使充放電率與電池特性相符。這兩種電氣功能都是充電器所必須具有的。后者，也就是機械功能，要使電動汽車與電動汽車充電設備（EVSE）能適配。

傳導充電系統由充電器和適配器組成。有兩種充電器，一種是車載充電器（OBC），一種是非車載充電器。車載充電器永久的安裝在汽車上，而非車載充電器則沒有安裝在車上。

不管連接器是否接地，電動汽車充電設備都是良導體，附件，電氣設備，開關都安裝到地面。電動汽車充電設備就是大家熟知的充電站。充電站的結構如圖1所示。

傳導充電系統的標準包括幾個部分。充電電平，充電站，插座、連接器、通信協議、充電器類型、電池和電動汽車。在這篇文章中，我們選擇了一部分標準來研究，它們是充電電平，插座，充電站，連接器，先導控制和車載充電器。

根據SAE J1772，充電方法分為3級：

1級：充電方法是，電動汽車通過一個標準的電源插座（NEMA 5-15R），最大電流12A，額定電壓為120V的單相交流電來充電。車載充電器的容量約1.9kW。

2級：充電方法是，電動汽車通過電動汽車充電站（EVSE），最大電流32A，最大典雅40V的單相交流電來充電。

直流（DC）充電：充電方法是，汽車通過電動汽車充電站（EVSE）提供的直流和非車載的充電器來充電，最大電流可達400A，最大電壓可達直流600V。

事實上，電動汽車應裝上車載充電器（OBC），未來電動汽車的前景也使車載充電器（OBC）應滿足以下標準：

需要滿足IEC1000-3-2標準的功率因數調節器來調節線電流諧波。基于以上考慮，車載充電器（OBC）的總體框圖應包含PFC變換器和DC / AC變換器。還需要輸入濾波器，以防止諧波和噪聲進入配電線路。為了滿足安全標準，在充電器的輸出與電源之間還應該有隔離。車載充電器的總體框圖如圖2所示[1]。

2 功率因數調節器仿真

已進行仿真的是車載供電器（OBC）的功率因數調節器（PFC）。電源電路（圖3）由IGBT和控制電路（圖4）來展示功率因數調節器的功能，以產生正弦輸入電流和調節與線電壓同相[2-3]。

3 車載充電器測試

4 結論

我們得出下面幾個結論：

模式1的電動汽車傳導式充電系統包含適配器和車載充電器（OBC），即是放置于車內充電器。

功率因數調節器的配置由于提高了充電的效率，在提高充電器的輸入電能質量方面扮演重要的角色。

車載充電器的測試證明了車載充電器是兩級變換器，第一級即功率因數調節器的功率因數值近似等于1。

【參考文獻】

[1]Koo KW，Kim D.H，Woo D.G.Topology comparison for 6.6l

[2]Park，Sang-Hoon.“Battery charging system for PHEV and EV using single phase AC/DC PWM buck converter”[J].University of Sungkyunkwan.

[3]Mohan，Undeland， Robins.PowerElectronics.I.：Wiley，2003.

[責任編輯：田吉捷]