一种典型的电动汽车充电器的仿真和测试

刘光远

【摘 要】电动汽车充电设施可以减少车载电池的能量存储，因此，对电动汽车的发展是十分重要的。由于电动汽车有限的电池容量，决定了电动汽车有限的行驶范围。我们仿真和测试了一种典型的电动汽车车载充电器。充电器的仿真由电力仿真软件PSIM完成。我们希望这个研究能对更进一步的开发车载充电系统的设施做贡献。

【关键词】电动汽车；充电设施；充电标准

【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

由于人们越来越清楚的认识到碳排放对环境带来的危害，于是也想办法让可再生能源供交通工具使用。在这种理念的指引下，汽车产业也开始生产和长远规划电动汽车和混合动力汽车。

在这个气候变化和环境变暖的时代，电动汽车不仅有许多经济方面的优点，而且从环保角度来说，也是十分有益的。电动汽车的出现也在推动制造商进行相关的研究和开发，以及推动分散于城市各地的充电设施。

电动汽车也可使我们减少对化石燃料的依赖，并且使我们把可再生能源作为首选能源。这会对环境也带来正面影响，因为可以减少使全球变暖的排放物。

未来十年电动汽车使用量的增长将与几个重要因素有关。这些因素包括电动汽车的国际标准，通用充电站的标准，通用的配套设备，还有用户友好的应用软件。已经有许多组织开始成立来推出这些标准，包括国际能源机构（IEA），汽车工程师学会（SAE），还有电气与电子工程师学会（IEEE）。

电动汽车充电站也亟需修建，因为充足的这些设施可以减少车载电池所需的容量。电动汽车有限的行驶范围主要受制于电池的容量，也可以通过在重要的点修建充电站来解决。因此，配备电池的费用也可节省一些。

对电动汽车充电系统的标准同样是一个非常重要的因素。通过应用这些标准，肯定会使公共场所的收费基础设施受到认可，也会创造一个良好的用户和所使用技术之间的良好互动。从经济的角度来说，这些也将降低制造成本。

1 传导充电系统

电动汽车的充电系统必须满足两种基本功能。它们是两个电气功能和一个机械功能。在直流电压下，电动汽车的电池是不同的，取决于额定电压，充电状态，和充电率和放电率。第一个电气功能是将交流电压整流为直流电压，第二个电气功能是调节电池的电压，以便使充放电率与电池特性相符。这两种电气功能都是充电器所必须具有的。后者，也就是机械功能，要使电动汽车与电动汽车充电设备（EVSE）能适配。

传导充电系统由充电器和适配器组成。有两种充电器，一种是车载充电器（OBC），一种是非车载充电器。车载充电器永久的安装在汽车上，而非车载充电器则没有安装在车上。

不管连接器是否接地，电动汽车充电设备都是良导体，附件，电气设备，开关都安装到地面。电动汽车充电设备就是大家熟知的充电站。充电站的结构如图1所示。

传导充电系统的标准包括几个部分。充电电平，充电站，插座、连接器、通信协议、充电器类型、电池和电动汽车。在这篇文章中，我们选择了一部分标准来研究，它们是充电电平，插座，充电站，连接器，先导控制和车载充电器。

根据SAE J1772，充电方法分为3级：

1级：充电方法是，电动汽车通过一个标准的电源插座（NEMA 5-15R），最大电流12A，额定电压为120V的单相交流电来充电。车载充电器的容量约1.9kW。

2级：充电方法是，电动汽车通过电动汽车充电站（EVSE），最大电流32A，最大典雅40V的单相交流电来充电。

直流（DC）充电：充电方法是，汽车通过电动汽车充电站（EVSE）提供的直流和非车载的充电器来充电，最大电流可达400A，最大电压可达直流600V。

事实上，电动汽车应装上车载充电器（OBC），未来电动汽车的前景也使车载充电器（OBC）应满足以下标准：

需要满足IEC1000-3-2标准的功率因数调节器来调节线电流谐波。基于以上考虑，车载充电器（OBC）的总体框图应包含PFC变换器和DC / AC变换器。还需要输入滤波器，以防止谐波和噪声进入配电线路。为了满足安全标准，在充电器的输出与电源之间还应该有隔离。车载充电器的总体框图如图2所示[1]。

2 功率因数调节器仿真

已进行仿真的是车载供电器（OBC）的功率因数调节器（PFC）。电源电路（图3）由IGBT和控制电路（图4）来展示功率因数调节器的功能，以产生正弦输入电流和调节与线电压同相[2-3]。

3 车载充电器测试

4 结论

我们得出下面几个结论：

模式1的电动汽车传导式充电系统包含适配器和车载充电器（OBC），即是放置于车内充电器。

功率因数调节器的配置由于提高了充电的效率，在提高充电器的输入电能质量方面扮演重要的角色。

车载充电器的测试证明了车载充电器是两级变换器，第一级即功率因数调节器的功率因数值近似等于1。

【参考文献】

[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.

[责任编辑：田吉捷]