纯电动汽车车载充电机电控系统设计(附件)
纯电动汽车的动力电池占纯电动汽车成本的主体部分它们的寿命除了与电池制造技术和工艺有较大的关系外，还与充电机的性能息息相关。为了能使其安全、高效、耐用，充电过程的设计是举足轻重的一块。本文根据纯电动汽车车载充电机的技术指标和锂离子电池的参数特性要求，对车载充电机的电控系统进行了设计，电控系统主要由单片机，开关电源组，功率管，传感器，控制引导电路等组成。车载充电机电控系统根据从控制引导电路，电池管理系统，电压电流温度传感器获取当前的电压电流温度的信息，并通过开关电源组和功率管的双闭环控制对充电电压电流温度进行调节，满足蓄电池的充电要求。 关键词 纯电动汽车， 车载充电机， 电控系统 目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究的背景 1
1.2 国内外发展现状 1
1.3 纯电动汽车充电相关技术 3
1.4 论文的主要内容 5
2 电控系统的结构及原理 5
2.1 功能实现 6
2.2 车载充电机电控系统总体 6
3 车载充电机电控系统硬件设计 7
3.1 MCU选用 7
3.2 开关电源组及传感器 9
3.3 AC-DC部分 10
3.4 APFC控制原理 13
3.5 DC-DC控制部分 13
3.6 控制引导电路 15
4 电控系统软件设计 17
4.2 控制算法 19
4.3 控制算法实现 19
4.4 温度检测报警 20
4.5 仿真过程 23
总结 26
致谢 27
参考文献 28
1 绪论
1.1 课题研究的背景
迎着经济技术的不停地发展，汽车猛然进入到千家万户的生活中。现世界汽车保有量估计超8亿辆，同时每年新增达几千万辆，而其中大多以内燃机为重要动力，消耗着石油等一次能源，随之带来的不仅是能源危机，而且还有环境污染。
另外，据国务院《节能与新能源产业发展规划（2012-2020年）》指示，侧重推广纯电动汽车和插电式混合动力汽车，对非插电式混合
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r /> 1.1 课题研究的背景
迎着经济技术的不停地发展，汽车猛然进入到千家万户的生活中。现世界汽车保有量估计超8亿辆，同时每年新增达几千万辆，而其中大多以内燃机为重要动力，消耗着石油等一次能源，随之带来的不仅是能源危机，而且还有环境污染。
另外，据国务院《节能与新能源产业发展规划（2012-2020年）》指示，侧重推广纯电动汽车和插电式混合动力汽车，对非插电式混合动力汽车及节能内燃机汽车进行推广普及，因此新能源汽车的推广和普及就势在必行，市场也将迅速起步。油电混合动力汽车、以车载电源为动力的纯电动汽车、氢氧混合燃料汽车、以醇醚为动力源的电动汽车汽车等新生代在汽车领域涌现[1]。作为新生代中的一份子，纯电动汽车是由车载电源作为动力源，用电动机带动车轮行驶，“零污染”、“零尾气”、噪声小等特点备受人们关注.推广方面确有两方面的难题，第一，动力电池技术遇到瓶颈;第二，充电方面的问题。
纯电动汽车的动力电池占纯电动汽车成本的主体部分，大多数纯电动汽车的动力电池占整车成本的一半以上，有的甚至超过了总成本的65%。因此，电池使用时间的长短大大地影响纯电动汽车的运行成本，这也是为什么纯电动汽车的发展如此滞缓。如果动力电池寿命严重不足，对于纯电动汽车来说，势必要跟换电池，这就大大增加了使用成本。众所周知，蓄电池的寿命除了与电池制造技术和工艺相关外，还和充电机的好坏息息相关。为了能使其安全、高效、耐用，充电过程的设计是举足轻重的一块。据研究实验表明，大多数蓄电池较早地被报废不是其他什么原因，正是充电过程没设计好。因此，选用对蓄电池没有伤害的充电控制策略和性能稳定的充电系统，是保障蓄电池使用寿命达到设计标准，防止电池过早损坏的有效手段，也是降低运营成本的重要技术措施之一。
1.2 国内外发展现状
在20世纪中后期，由于军事上的需求，美国开始研究快速充电模式，发明了第一台快速充电机，为24V的铅酸蓄电池充电，其重量达40Kg，能够实现充电快慢的调节。1967年，美国科学家马斯针对铅酸蓄电池进行研究，发现了充
电过程中泛起气泡的原由及规律，由此导出了蓄电池所能承载的极限充电电流及电流曲线，为快速充电理论提供了有利的依据和新方向。之后，美国Mcculloch电子公司专注于铅酸蓄电池的快速实用型充电机的研究，能用500A的电流在30min中完成对190Ah电池的充电。此外，法、英、日等发达国家也在此领域作了大量工作。 “TEC总能量智能式充电控制技术”由英国联营公司研发,有效地掌控了粉粒充电时所需的电能,规避和破解许多历史疑问[2]。
微控制器技术等被加入到充电系统中,让充电机面向智能化的道路前进。有了这些新技术的加入，电池电压、充电电流、电池温度等参数能被监测与显示,还能实时地定制充电策略,充电模式的选用能具体到与相应的电池类型及荷电状态；此外,对于健全充电保护电路与安全警示系统起到了很大的作用。
对于为动力电池充电来说，往往关注的是充电时间。电池的差异其充电时间自然需求不同；充电时间长、安全因素的问题一直困扰着发展,故国内外提出了几种较好的充电方法,如定化学反应模式、脉冲式快速充电模式、分级恒流模式、变电流间歇/定电压模式、变电压间歇充电模式等。
现今的普通充电机和多功能充电机是针对充电机的适应性而言。有些充电机只能对应某种型号的电池充电，这类电动机结构简单，适应性较差，称之为普通充电机。而多功能充电机可以为多组电池充电，能够自动识别所充电池组的充电性能和要求，进行合理充电，并且还能提供诸如对电池组进行容量测试、对电池组进行均衡性能、对电网进行谐波抑制和无功功率补偿功能等功能。对于多功能充电机的识别能力取决于所充电动汽车的电池管理系统与充电机的预存充电规程的匹配程度，因此，多功能电动机必须进行充电机与电池管理系统的协议匹配等相关工作。多功能充电机可以对许多类型的车辆进行识别后充电，因此多功能充电机的结构要比普通充电机更复杂，制造成本也要高很多[3]。
电动汽车的充电系统必须能够适应多种类型、多种电压等级的电池系统，能够具备不同的充电控制算法。在很长一段时间内，电动汽车用的电池仍将是多种类型电池共存的局面，各类电动汽车的电池容量配备不同，而且电压也会参次不齐，种类繁多。例如，我国电动汽车常采用的电压有280V、320V、380V、400V、480V、520V，甚至达到600V及以上。而电动汽车的充电机也在整个电动汽车运营期间占有较大的成本比例，因而电动汽车不可能每车专用一台充电设备。在这种背景下，电动汽车充电系统必须具备适应多种类型的电池系统的能力，具备多种类型电池的充电控制算法，可以与电动汽车上的不同电池系统实现充电特性匹配。目前电动汽车
1 绪论 1
1.1 课题研究的背景 1
1.2 国内外发展现状 1
1.3 纯电动汽车充电相关技术 3
1.4 论文的主要内容 5
2 电控系统的结构及原理 5
2.1 功能实现 6
2.2 车载充电机电控系统总体 6
3 车载充电机电控系统硬件设计 7
3.1 MCU选用 7
3.2 开关电源组及传感器 9
3.3 AC-DC部分 10
3.4 APFC控制原理 13
3.5 DC-DC控制部分 13
3.6 控制引导电路 15
4 电控系统软件设计 17
4.2 控制算法 19
4.3 控制算法实现 19
4.4 温度检测报警 20
4.5 仿真过程 23
总结 26
致谢 27
参考文献 28
1 绪论
1.1 课题研究的背景
迎着经济技术的不停地发展，汽车猛然进入到千家万户的生活中。现世界汽车保有量估计超8亿辆，同时每年新增达几千万辆，而其中大多以内燃机为重要动力，消耗着石油等一次能源，随之带来的不仅是能源危机，而且还有环境污染。
另外，据国务院《节能与新能源产业发展规划（2012-2020年）》指示，侧重推广纯电动汽车和插电式混合动力汽车，对非插电式混合
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
r /> 1.1 课题研究的背景
迎着经济技术的不停地发展，汽车猛然进入到千家万户的生活中。现世界汽车保有量估计超8亿辆，同时每年新增达几千万辆，而其中大多以内燃机为重要动力，消耗着石油等一次能源，随之带来的不仅是能源危机，而且还有环境污染。
另外，据国务院《节能与新能源产业发展规划（2012-2020年）》指示，侧重推广纯电动汽车和插电式混合动力汽车，对非插电式混合动力汽车及节能内燃机汽车进行推广普及，因此新能源汽车的推广和普及就势在必行，市场也将迅速起步。油电混合动力汽车、以车载电源为动力的纯电动汽车、氢氧混合燃料汽车、以醇醚为动力源的电动汽车汽车等新生代在汽车领域涌现[1]。作为新生代中的一份子，纯电动汽车是由车载电源作为动力源，用电动机带动车轮行驶，“零污染”、“零尾气”、噪声小等特点备受人们关注.推广方面确有两方面的难题，第一，动力电池技术遇到瓶颈;第二，充电方面的问题。
纯电动汽车的动力电池占纯电动汽车成本的主体部分，大多数纯电动汽车的动力电池占整车成本的一半以上，有的甚至超过了总成本的65%。因此，电池使用时间的长短大大地影响纯电动汽车的运行成本，这也是为什么纯电动汽车的发展如此滞缓。如果动力电池寿命严重不足，对于纯电动汽车来说，势必要跟换电池，这就大大增加了使用成本。众所周知，蓄电池的寿命除了与电池制造技术和工艺相关外，还和充电机的好坏息息相关。为了能使其安全、高效、耐用，充电过程的设计是举足轻重的一块。据研究实验表明，大多数蓄电池较早地被报废不是其他什么原因，正是充电过程没设计好。因此，选用对蓄电池没有伤害的充电控制策略和性能稳定的充电系统，是保障蓄电池使用寿命达到设计标准，防止电池过早损坏的有效手段，也是降低运营成本的重要技术措施之一。
1.2 国内外发展现状
在20世纪中后期，由于军事上的需求，美国开始研究快速充电模式，发明了第一台快速充电机，为24V的铅酸蓄电池充电，其重量达40Kg，能够实现充电快慢的调节。1967年，美国科学家马斯针对铅酸蓄电池进行研究，发现了充
电过程中泛起气泡的原由及规律，由此导出了蓄电池所能承载的极限充电电流及电流曲线，为快速充电理论提供了有利的依据和新方向。之后，美国Mcculloch电子公司专注于铅酸蓄电池的快速实用型充电机的研究，能用500A的电流在30min中完成对190Ah电池的充电。此外，法、英、日等发达国家也在此领域作了大量工作。 “TEC总能量智能式充电控制技术”由英国联营公司研发,有效地掌控了粉粒充电时所需的电能,规避和破解许多历史疑问[2]。
微控制器技术等被加入到充电系统中,让充电机面向智能化的道路前进。有了这些新技术的加入，电池电压、充电电流、电池温度等参数能被监测与显示,还能实时地定制充电策略,充电模式的选用能具体到与相应的电池类型及荷电状态；此外,对于健全充电保护电路与安全警示系统起到了很大的作用。
对于为动力电池充电来说，往往关注的是充电时间。电池的差异其充电时间自然需求不同；充电时间长、安全因素的问题一直困扰着发展,故国内外提出了几种较好的充电方法,如定化学反应模式、脉冲式快速充电模式、分级恒流模式、变电流间歇/定电压模式、变电压间歇充电模式等。
现今的普通充电机和多功能充电机是针对充电机的适应性而言。有些充电机只能对应某种型号的电池充电，这类电动机结构简单，适应性较差，称之为普通充电机。而多功能充电机可以为多组电池充电，能够自动识别所充电池组的充电性能和要求，进行合理充电，并且还能提供诸如对电池组进行容量测试、对电池组进行均衡性能、对电网进行谐波抑制和无功功率补偿功能等功能。对于多功能充电机的识别能力取决于所充电动汽车的电池管理系统与充电机的预存充电规程的匹配程度，因此，多功能电动机必须进行充电机与电池管理系统的协议匹配等相关工作。多功能充电机可以对许多类型的车辆进行识别后充电，因此多功能充电机的结构要比普通充电机更复杂，制造成本也要高很多[3]。
电动汽车的充电系统必须能够适应多种类型、多种电压等级的电池系统，能够具备不同的充电控制算法。在很长一段时间内，电动汽车用的电池仍将是多种类型电池共存的局面，各类电动汽车的电池容量配备不同，而且电压也会参次不齐，种类繁多。例如，我国电动汽车常采用的电压有280V、320V、380V、400V、480V、520V，甚至达到600V及以上。而电动汽车的充电机也在整个电动汽车运营期间占有较大的成本比例，因而电动汽车不可能每车专用一台充电设备。在这种背景下，电动汽车充电系统必须具备适应多种类型的电池系统的能力，具备多种类型电池的充电控制算法，可以与电动汽车上的不同电池系统实现充电特性匹配。目前电动汽车
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