電動汽車充電機系統(tǒng)穩(wěn)定性研究

張宏

【摘要】隨著電動汽車的普及率越來越高，充電成為一個大的問題。充電機系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對于充電效率及蓄電池壽命具有重要的影響。電動汽車的普及需要有相應(yīng)的充電機系統(tǒng)作為支持支持。目前，國內(nèi)的電動汽車示范應(yīng)用和展示了大量的工作，取得了一定的成績，但在充電機系統(tǒng)的穩(wěn)定性方面還缺乏研究，本文在概述電動車充電機系統(tǒng)及充電模式的基礎(chǔ)上，從PWM整流器的角度分析充電機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

【關(guān)鍵詞】 電動汽車；充電機；PWM整流器；穩(wěn)定性

1電動汽車充電機系統(tǒng)

電動汽車充電機系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)包括共交流和共直流母線結(jié)構(gòu)，前者充電器的輸入交流電壓源，所有充電器共享一個交流母線，該結(jié)構(gòu)具有，充電器可模塊化設(shè)計，個別調(diào)整的優(yōu)點。其缺點是每充電器需要整流裝置。充電系統(tǒng)由一個大容量PWM整流器，其將交流電壓轉(zhuǎn)換為電網(wǎng)的直流母線的直流電壓，并直接將動力電池組連接到直流總線，這種結(jié)構(gòu)便于對電能質(zhì)量進行統(tǒng)一治理。為了增加充電器的功率可以使用多個小功率充電器輸出端并聯(lián)，增加輸出電流。電動汽車的充電機系統(tǒng)，通常根據(jù)使用這三種充電結(jié)構(gòu)的混合的特定情況下，充電器的部分由直流電源，充電器供電由交流總線，充電器的輸出端中的部分的一部分并聯(lián)電源電池充電。

2電動汽車充電模式

在電動汽車中通常使用恒定電流和恒定電壓兩種的充電模式為固定功率的電池組。兩階段的充電電池組充電曲線。在一般情況下，在充電和初始階段，充電電池的最佳速率以恒定電流，鋰離子電池的充電為0.3C，包括：C為電池容量，如C = 100Ah的，1C充電率的充電電流為100A 。在充電的初始階段中，電池具有低的電勢，即使電池的充電電壓不高，電池的充電電流還是很大的。因此，在充電開始階段使用的恒定電流充電，即充電電流以保持恒定的值。隨著充電時間的延續(xù)，電池的電勢繼續(xù)上升，充電電壓也不斷提高。當(dāng)電池的充電電壓達到最大允許充電模式從恒流充電模式，以恒壓充電模式來改變，也就是，充電電壓保持恒定。恒壓充電階段，因為電池電位仍在上升，充電電壓保持恒定，所以對電池的充電電流是一個雙曲線趨勢繼續(xù)下降，一直下降到零。但在實際充電過程中，當(dāng)充電電流降低到0.015C，充電充滿至停止充電。此外，電動汽車充電系統(tǒng)還必須具有自動保護功能。特別是在恒定電壓充電階段，如果單體電池的充電電壓超過所允許的充電電壓時，充電器應(yīng)能夠自動降低的充電電壓和電流，電池的充電電壓不超過所允許的充電電壓，防止充電電池的電壓過高。

3電動汽車充電機的穩(wěn)定性分析

電動車充電機系統(tǒng)的穩(wěn)定性隨著使用環(huán)境的變化而變化，根據(jù)該基本結(jié)構(gòu)的充電器，它分為三相PWM整流器，輸出電平的DC / DC變換器的輸入兩部分，從而在電動車充電器穩(wěn)定性和動態(tài)響應(yīng)變量的原因還在于功率輸出阻抗和充電器輸入阻抗相互作用，充電器輸出阻抗和負(fù)載阻抗輸入交互，充電器的數(shù)學(xué)模型已經(jīng)改變，這使得什么被認(rèn)為是充電器的穩(wěn)定操作變得不穩(wěn)定，原來的動態(tài)響應(yīng)好充電器動態(tài)響應(yīng)。在電動汽車的充電系統(tǒng)，三相PWM整流器連接到前者電網(wǎng)和級聯(lián)的直流/直流轉(zhuǎn)換器。這種連接結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生兩個端口：接口1，接口2。在PWM整流器的設(shè)計中，默認(rèn)通常是在理想的電源和理想的負(fù)載的情況下運行。對于PWM整流器，理想的電源是零，理想負(fù)載為DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗是無限的。然而，功率網(wǎng)絡(luò)和DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出阻抗的輸入阻抗通常是不可忽略的。的穩(wěn)定性和PWM整流器的瞬態(tài)響應(yīng)是由使用環(huán)境的不同。

對于電壓類型的端口，例如電網(wǎng)、PWM整流器輸出端口，恒定電壓方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出端口，恒流模式功率電池，所述等效電路戴維南類型，為理想電壓源和阻抗系列，這個端口最差的情況下將出現(xiàn)在阻抗振幅值最大處；對于電流型端口，諸如PWM整流器輸入端口，DC-DC變換器輸出端口，恒壓模式電源電池，所述等效電路諾頓類型，提供了理想的電流源和形式的阻抗，這個端口最差的情況下是在是阻抗振幅最低處。PWM整流器的穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng)是受到前一級的輸出阻抗的影響。電網(wǎng)的輸出阻抗與PWM整流器的輸入阻抗相比的影響，并在PWM整流器網(wǎng)格的影響可以忽略。PWM整流器的設(shè)計應(yīng)的負(fù)載特性，所述DC-DC轉(zhuǎn)換器，具有恒壓充電模式比與恒流充電模式的DC-DC轉(zhuǎn)換器降低的DC- DC轉(zhuǎn)換器，恒壓充電模式的設(shè)計應(yīng)確保PWM整流器的穩(wěn)定運行。該PWM整流器的輸出阻抗可以影響的DC-DC轉(zhuǎn)換器，這使得相位裕度和幅值裕降低的控制環(huán)路，尤其是在恒壓充電模式，當(dāng)電源的輸出阻抗特性不被認(rèn)為是，恒壓充電方式和恒定電流充電模式，應(yīng)以保證控制環(huán)路的效果提高時，輸入阻抗是不能忽略的。動力電池負(fù)載可以改變的DC-DC轉(zhuǎn)換器，具有理想的負(fù)載或電阻負(fù)載下良好的動態(tài)特性的特征。恒壓充電模式，通過頻率控制回路電阻負(fù)載略有下降，動態(tài)特性變化不大，可以用模擬電阻動力電池負(fù)荷；恒流充電模式下，與電池負(fù)載和與電阻負(fù)載控制環(huán)路通過減少了近10倍的頻率，相位裕度也減少很多，在DC-DC轉(zhuǎn)換器的動態(tài)響應(yīng)的變化，動力電池負(fù)載特性被認(rèn)為在控制器的設(shè)計過程中，或通過頻率設(shè)計不當(dāng)，充電器，可以方便地前往開環(huán)模式，不適合使用用于恒流模式充電器測試阻性負(fù)載。

參考文獻

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