淺析電動(dòng)汽車充電電源并聯(lián)均流技術(shù)

張家貴+劉洋+趙浪

摘 要：電動(dòng)汽車充電電源大部分采用多個(gè)充電電源并聯(lián)完成大功率輸出。在此系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，可以對(duì)電動(dòng)汽車充電電源多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)分析，基本研究包括PFC整流技術(shù)研究、線性穩(wěn)壓電源技術(shù)研究、電壓型開關(guān)電源技術(shù)研究、電流型開關(guān)電源技術(shù)研究及軟開關(guān)技術(shù)研究等，文章重點(diǎn)研究了電動(dòng)汽車充電電源通常采用的各種并聯(lián)均流技術(shù)。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；充電電源；并聯(lián)均流技術(shù)

電動(dòng)汽車以電代油，可有效減少車輛環(huán)境污染，緩解交通運(yùn)輸行業(yè)對(duì)石油資源過度消耗。電動(dòng)汽車環(huán)保節(jié)能，是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要手段，當(dāng)今世界面臨資源不足、環(huán)境污染等問題，電動(dòng)汽車由于其良好的性能和比肩傳統(tǒng)汽車的駕駛體驗(yàn)而成為了當(dāng)下汽車行業(yè)新寵。越來越多的國家、企業(yè)投入到了電動(dòng)汽車的成長行列中，我國也加大了對(duì)電動(dòng)汽車行業(yè)的投入和支持，尤其是純電動(dòng)汽車。國際上純電動(dòng)汽車技術(shù)日趨成熟，純電動(dòng)汽車已成為新型、適用、環(huán)保的代名詞，也是將來我國汽車產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展和加大投入的重要方向。

1 技術(shù)領(lǐng)域及背景

“充電電源模塊并聯(lián)均流”方案的采用，主要是由于單臺(tái)充電電源模塊的輸出電流、功率不能滿足電動(dòng)汽車大容量電池快速充電的需求，因此在實(shí)際使用中采用模塊并聯(lián)的構(gòu)造方法，用一定規(guī)格的模塊式電源并聯(lián)來達(dá)到充電電源大的電流輸出和功率輸出的目的。一般情況就是電源模塊輸出之間的并聯(lián)，必要的時(shí)候采用每個(gè)模塊相等的負(fù)載電流，或者會(huì)出現(xiàn)一些并聯(lián)的模塊的輕載運(yùn)行，有的甚至?xí)^載的情況，輸出的電源不但不能為其供電，還會(huì)成為電壓輸出模塊的負(fù)載，也就很容易導(dǎo)致其損壞，所以對(duì)于電動(dòng)充電電源之間模塊需要進(jìn)行統(tǒng)一處理，必須采用一定的均流技術(shù)，以此在增加電源輸出功率的同時(shí)提高電動(dòng)汽車充電電源的可靠性等各項(xiàng)性能。

2 充電電源并聯(lián)系統(tǒng)不均流的原因分析

根據(jù)輸出的類型，一般可以對(duì)電源分為恒壓電源和恒流電源。對(duì)恒流電源進(jìn)行并聯(lián)，由于系統(tǒng)中電流很多的反饋沒有及時(shí)有效的處理，所以對(duì)于系統(tǒng)輸出電流將會(huì)因?yàn)榉答佅禂?shù)對(duì)相同的數(shù)據(jù)保持差別，也就不會(huì)采用恒壓電源進(jìn)行，但是在對(duì)處理的時(shí)候，系統(tǒng)并聯(lián)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行及時(shí)的分析，全面的了解系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，保證各個(gè)輸出的恒壓電流的性質(zhì)，也就導(dǎo)致輸出的電壓之間存在很大的差距，所以需要采取一定的均流電源技術(shù)。根據(jù)使用的開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)和恒壓電源的輸出的特征進(jìn)行分析，對(duì)輸出的均流電源進(jìn)行及時(shí)的總結(jié)，具體來說，對(duì)于引起系統(tǒng)不均流的原因主要包括以下三種，就是對(duì)反應(yīng)系統(tǒng)和電源輸出的電流的差異性、輸入到負(fù)載的銜接電阻不匹配、外部寄生參數(shù)不一致。依據(jù)體系不均流緣故原由，則可以采用主動(dòng)均流技術(shù)確保各模塊間電流被主動(dòng)平均分配，從而確保體系統(tǒng)各并聯(lián)模塊均處于同等功率輸出狀況。

3 充電電源并聯(lián)均流技術(shù)的分析

3.1 輸出阻抗法

在日常的工作中，電源模塊的輸出阻抗并聯(lián)輸出法也被稱作電壓調(diào)節(jié)率法，這種方法是通過調(diào)節(jié)開關(guān)變換器的外特性即調(diào)節(jié)輸出阻抗，達(dá)到并聯(lián)模塊均流的目的。

輸出阻抗法在實(shí)際工作過程中，是最容易實(shí)現(xiàn)多個(gè)模塊電源均流輸出的方法，這種方法的本質(zhì)是采用開環(huán)控制，因此在小電流時(shí)很容易造成電流分配特性差、重載時(shí)不均衡等問題。在工作過程中，為很好的滿足每個(gè)模塊的使用要求，還要對(duì)個(gè)別的模塊進(jìn)行有效的調(diào)整，還要對(duì)出現(xiàn)的問題及時(shí)的指出，對(duì)很多的電流影響因素進(jìn)行分析，對(duì)于元器件的容差、元件老化、物理?xiàng)l件改變使元件性能的變化有差別等。在用輸出阻抗法實(shí)現(xiàn)均流的電源系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間，電流分配又會(huì)不均勻了。

3.2 主從設(shè)置法

對(duì)主從設(shè)置法主要就是指電源在并聯(lián)系統(tǒng)中n個(gè)電源模塊的使用中，通過對(duì)每個(gè)電源模塊的主電源的設(shè)置，對(duì)其他在電源模塊的跟蹤過程中，保證輸出的電流。主從設(shè)置法適用于電流型控制的并聯(lián)系統(tǒng)中，這種均流控制的精度很高，但主要缺點(diǎn)是一旦主控模塊失效，則整個(gè)電源系統(tǒng)不能正常工作，因此這個(gè)方法不適用于冗余并聯(lián)系統(tǒng)。

3.3 自動(dòng)均流法

對(duì)于自動(dòng)均流法就是根據(jù)溫度的相應(yīng)控制，保證并聯(lián)系統(tǒng)的分率分配方法，對(duì)各個(gè)模板的電源之間進(jìn)行不同的并聯(lián)處理，同時(shí)根據(jù)模塊自身的溫度對(duì)現(xiàn)實(shí)的功率進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，一般情況都是系統(tǒng)的電流控制的實(shí)現(xiàn)，所以需要對(duì)系統(tǒng)中各個(gè)模塊的電源的所占比例的分析，采用溫度控制的方法，各模塊的功率是由該模塊的溫度決定的，而不是電流，從而使各模塊內(nèi)部溫度趨于相等。這樣，在最低成本下達(dá)到最高的可靠性。

3.4 強(qiáng)迫均流法

強(qiáng)迫均流是通過監(jiān)控單元模塊實(shí)現(xiàn)均流控制，一般通過軟件控制來實(shí)現(xiàn)：并聯(lián)電源系統(tǒng)監(jiān)控軟件通過計(jì)算和比較各并聯(lián)電源模塊的輸出電流與系統(tǒng)平均電流，然后再調(diào)整個(gè)別電源模塊輸出電壓，使其電流與平均電流相等。這種方式易于實(shí)現(xiàn)、均流控制精度高，但其瞬態(tài)響應(yīng)比較差、調(diào)節(jié)時(shí)間長、成本高。

4 結(jié)束語

本文介紹和電動(dòng)汽車充電電源并聯(lián)均流問題的提出，詳細(xì)地討論了一些充電電源并聯(lián)均流技術(shù)的原理及優(yōu)缺點(diǎn)。隨著電動(dòng)汽車及其充電電源技術(shù)的發(fā)展，針對(duì)不同充電系統(tǒng)的要求，基于各種智能化的檢測(cè)、運(yùn)算和控制，可以更好地采用復(fù)雜的控制策略，實(shí)現(xiàn)均流冗余、故障檢測(cè)、熱拔插維修和模塊的智能管理。

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作者簡(jiǎn)介：張家貴（1987-），男，湖北荊門人，中級(jí)工程師，研究方向：嵌入式軟硬件。

劉洋（1987-），男，湖北荊門人，助理工程師，研究方向：電力電子技術(shù)。

趙浪（1987-），男，湖北荊門人，研究方向：電力電子技術(shù)。