新能源電動(dòng)汽車直流充電系統(tǒng)特點(diǎn)及工作流程介紹

電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的重 要基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化和推廣普及的關(guān)鍵條件，對(duì)電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重大影響。

電動(dòng)公交車等大型車輛充電功率大，需設(shè)置集中的充電站，采用直流方式充電。小轎車等社會(huì)車輛充電功率小，更適合分布式的交流充電模式。電動(dòng)汽車公共能源供給系統(tǒng)的建設(shè)需要根據(jù)電動(dòng)汽車的充電需求，結(jié)合電力負(fù)荷的特點(diǎn)，在電動(dòng)汽車不同的發(fā)展階段采用不同的充電服務(wù)模式，規(guī)劃充電基礎(chǔ)設(shè)施布點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)提尚電力設(shè)備綜合利用效率，調(diào)節(jié)電網(wǎng)峰谷平衡，改善電網(wǎng)負(fù) 荷特性，增加電能在終端能源消費(fèi)比重的目標(biāo)。 因此充電裝置的功能，應(yīng)引導(dǎo)并推動(dòng)電動(dòng)汽車。

當(dāng)前電動(dòng)汽車充電接口分為交流和直流兩種，交流輸入型電動(dòng)汽車帶有車載AC-DC變換器，只需釆用交流充電機(jī)，輸出交流單相220v或三相380V為電動(dòng)汽車充電，其主要用于小型車輛（場(chǎng)館車、觀光車、小轎車等），直流輸入型電動(dòng)汽車采用直流充電機(jī)為電動(dòng)汽車動(dòng)力電池提供直流電壓/ 電流，充電機(jī)需與車載能量管理系統(tǒng)進(jìn)行通信，以獲取電池信息和充電信息，此種充電方式主要針對(duì) 大功率車輛（電動(dòng)客車、電動(dòng)工程車等）。

一、直流充電系統(tǒng)構(gòu)成直流充電系統(tǒng)由_整流裝置、直流輸入控制裝置、直流輸出控制裝置和直流充電管理裝 置組成。其系統(tǒng)框圖如圖1所示。

各裝置功能說(shuō)明如下：（1）PWM整流裝置：對(duì)輸入的三相交流電進(jìn)行整流，經(jīng)濾波后，形成穩(wěn)定的直流母線電壓（650V》以提供給后級(jí)輸出控制裝置，為輸出控制裝置提供動(dòng)力電源。

（2）直流輸入控制裝置（DCM）：主要用于直 流電能計(jì)量，直流供電控制、安全防護(hù)等。

（3）直流輸出控制裝置（PUM）：主要用于與 車載BMS（能量管理系統(tǒng)）通信，進(jìn)行DC/DC功率變換，輸出動(dòng)力電池所需電壓、電流。

（4）直流充電管理裝置：用于人機(jī)交互和界 面顯示，實(shí)現(xiàn)身份識(shí)別、費(fèi)用收取、票據(jù)打印、數(shù)據(jù) 管理、控制輸入控制裝置供電等。

二、直流充電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 PWM整流裝置實(shí)現(xiàn)流裝置主電路如圖2所示。

人機(jī)交互：用于工作狀態(tài)檢查、參數(shù)設(shè)置、系 統(tǒng)維護(hù)；控制板：根據(jù)參數(shù)設(shè)定，輸出控制脈沖；

擴(kuò)展接口：用于遠(yuǎn)程狀態(tài)查詢、控制；

控制電源：提供各模塊的電源；

流裝置采用三相電壓型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由 空氣開(kāi)關(guān)、預(yù)充電電阻、交流接觸器、輸入側(cè)電感、 三相全控型橋式變換器、直流母線電容、假負(fù)載、 IGBT驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路、控制系統(tǒng)等部分組成。

PWM整流裝置控制系統(tǒng)為由電流內(nèi)環(huán)、電壓外環(huán)構(gòu)成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，DSP作為主控制芯 片，釆用電壓空間矢量調(diào)制（SVFWM）算法實(shí)現(xiàn)對(duì) 輸入電流、輸出電壓的控制。直流側(cè)輸出電壓經(jīng)過(guò)取樣反饋，與給定參考電壓比較，以比較后得到 的誤差值作為電壓環(huán)PI調(diào)節(jié)節(jié)器的輸入，輸出作為交流側(cè)電流幅度的給定。電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器以電流幅度給定及電流反饋信號(hào)作為輸入，經(jīng)過(guò)運(yùn)算后獲得空間指令電壓矢量，然后通過(guò)空間電壓矢量合成，使得實(shí)際的空間電壓矢量跟蹤指令電壓矢量，以達(dá)到控制輸入電流幅度和相位的目的。

PWM整流裝置的保護(hù)電路通過(guò)對(duì)輸入電壓、輸出電壓、輸出電流等的釆樣，實(shí)現(xiàn)輸入過(guò)壓、輸入欠壓、輸入缺相、輸出過(guò)壓、輸出過(guò)載、輸出短路 等保護(hù)功能。

2.2 輸入控制裝置實(shí)現(xiàn)直流輸入控制裝置由功率控制模塊、充電電 能計(jì)量模塊、單片機(jī)控制板、控制電源板等組成， 系統(tǒng)框圖如圖3所示。

當(dāng)進(jìn)行充電操作時(shí)，在DC650V電壓正常并 且充電插頭己經(jīng)正確連接后，單片機(jī)控制板通過(guò)CAN信接口接收直流充電管理裝置的控制信號(hào)，控制接觸器接通，為輸出插座供電。在充電過(guò)程中，控制板定時(shí)讀取電度表的數(shù)據(jù)，并發(fā)送給充電管理裝置。當(dāng)充電結(jié)束時(shí)，控制板控制接觸器斷開(kāi)，停止為輸出插座供電。

2.3直流輸出控制裝置實(shí)現(xiàn)直流輸出控制裝置硬件框圖如圖4所示。

直流輸出控制裝置主電路釆用隔離型DC/DC變換器拓?fù)?，由前?jí)輸入電容、濾波電路、橋式 變換器、高頻變壓器、輸出二極管整流橋、輸出接 觸器等部分組成。輸出電壓、電流信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣反饋電路送入控制板，與給定信號(hào)進(jìn)行比較，通過(guò) PI調(diào)節(jié)器后，作為控制信號(hào)輸入PWM生成模塊， 通過(guò)改變控制脈沖的占空比來(lái)調(diào)節(jié)輸出電流或電壓。

控制板通過(guò)CAN通信接口接收BMS（車載電池管理系統(tǒng)）的電池信息，根據(jù)BMS控制指令來(lái)啟動(dòng)、停止充電過(guò)程，同時(shí)根據(jù)充電控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電流、電壓的控制。人機(jī)接口提供直流輸出控制裝置工作參數(shù)顯 示、按鍵控制、MCM信功能。2.4 充電管理裝置實(shí)現(xiàn)充電管理裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示，主要 由嵌入式控制器、觸摸顯示屏、射頻卡讀卡器、 C_信卡、遠(yuǎn)程監(jiān)控通信擴(kuò)展卡、微型打印機(jī) 等部分組成。

圖4

工作流程描述如下：MCM首先通過(guò)射頻卡讀 卡器讀取用戶信息，并顯示E卡信息，提示用戶 正確連接充電插頭，選擇充電時(shí)間、充電方式等， 并確認(rèn)啟動(dòng)充電。

在充電過(guò)程中，MCM定時(shí)獲取電量數(shù)據(jù)。當(dāng)達(dá)到用戶設(shè)置的充電時(shí)間或充電電量時(shí)，發(fā)送停 止充電指令給直流輸入控制模塊，控制直流輸入 控制模塊中主接觸器動(dòng)作，切斷動(dòng)力電源，并在人機(jī)操作界面上提示用戶充電結(jié)束，用戶拔下插頭 后，可以進(jìn)行結(jié)帳、查看消費(fèi)信息、打印票據(jù)等操 作。

三 、系統(tǒng)特點(diǎn)1、釆用模塊化設(shè)計(jì)思想，充電系統(tǒng)的電源模塊、控制模塊、輸出模塊邏輯、物理上分開(kāi)，便于 維修和替換。

2、控制模塊滿足通用化要求，可通過(guò)配置 不同的電源模塊和充電模塊形成不同的產(chǎn)品系列。

3、各模塊之間米用弱親合連接，適應(yīng)未來(lái) 不同的電動(dòng)汽車能源供給服務(wù)模式需求。

4、系統(tǒng)具有在線編程功能，程序開(kāi)發(fā)方便， 具有集成度高、可靠性好等突出特點(diǎn)。

5、系統(tǒng)顯示形式多樣、準(zhǔn)確性高，具有良好 的人機(jī)交互界面，操作便利。

6、系統(tǒng)采用冗余設(shè)計(jì)，預(yù)留大量開(kāi)發(fā)空間， 便于功能的擴(kuò)展和升級(jí)換代。