《電動(dòng)汽車車載充電機(jī)原理分析及仿真驗(yàn)證》論文發(fā)表期刊：《技術(shù)與市場(chǎng)》；發(fā)表周期：2021年05期

《電動(dòng)汽車車載充電機(jī)原理分析及仿真驗(yàn)證》論文作者信息：楊潔（1994-），男，湖南張家界人，碩士研究生，助理工程師，研究方向：軌道交通儲(chǔ)能系統(tǒng)。

　　摘要：以電動(dòng)汽車的車載充電機(jī)為研究對(duì)象，分析車載充電機(jī)所使用的全橋隔離型DC/DC電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理，根據(jù)車載蓄電池組的特性采用電流和電壓閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的恒流和恒壓2種不同方式的充電。最后利用仿真軟件MATLAB/Simulink搭建了整個(gè)系統(tǒng)的仿真模型，對(duì)充電機(jī)及其控制策略進(jìn)行了驗(yàn)證。

　　關(guān)鍵詞：充電機(jī);全橋隔離型DC/DC電路;蓄電池;閉環(huán)控制策略

　　Abstract: This article takes the on-board charger of an electric vehicle as the research object, analyzes the topology and workingprinciple of the full-bridge isolated DC/DC circuit used in the on-board charger , and adopts current and voltage closedHoop control according to the characteristics of the on-board battery pack to realize the The battery has two different charging methods: constant current and constant voltage. Finally, a simulation model of the entire system was built using the simulation software MATLAB/Simulink to verify the charger and its control strategy.

　　Key words: charger; full-bridge isolated DC/DC circuit; battery; closed-loop control strategy

　　0引言

　　電動(dòng)汽車的車載充電機(jī)是連接車輛高壓母線和低壓母線的核心設(shè)備，其主要作用就是將動(dòng)力電池輸出的高壓直流轉(zhuǎn)換為低壓直流，為車輛的輔助設(shè)備供電，同時(shí)給車載蓄電池充電。目前的新能源電動(dòng)汽車車載充電機(jī)大多采用隔離型全橋DC/DC電路作為主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是電壓變換范圍寬且抗干擾能力強(qiáng)，由于使用隔離變壓器，將高壓側(cè)和低壓側(cè)進(jìn)行電氣隔離，保證充電機(jī)的安全可靠。

　　1主電路原理

　　全橋隔離型DC/DC電路拓?fù)淙鐖D1所示，其中，，為輸入側(cè)直流電源，對(duì)應(yīng)有軌電車中儲(chǔ)能電源的輸出電壓。Q-Q四支IGBT開關(guān)管構(gòu)成一個(gè)H全橋，Q2和Q，組成超前橋臂，

　　02和Q2組成滯后橋臂，每個(gè)橋臂的2根開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)信號(hào)相差1800，2個(gè)橋臂之間的導(dǎo)通角相差一定的相位，通過調(diào)節(jié)移相角的大小來改變輸出的電壓幅值。電感1，為諧振電感包含隔離變壓器T，原變的漏感，變壓器副變連接整流二極管D，和D，L，和C，構(gòu)成的濾波電路使得整流得到的高頻脈動(dòng)電壓變?yōu)槠交�的直流電壓�?/p>

　　2蓄電池充電特性

　　汽車通常采用12 V或者24 V的鉛酸蓄電池組作為輔助，電源，以德國(guó)荷貝克的44 Ah的蓄電池為例，蓄電池單體額定電壓為2V，整個(gè)蓄電池組為12節(jié)電池單體串聯(lián)，總的額定電壓為24 v，實(shí)際工作電壓在20-30 v.蓄電池單體的充電特性如圖2所示，蓄電池的充電分為恒壓限流和恒壓浮沖兩個(gè)階段。

　　3充電控制策略

　　蓄電池的充電流程如圖3所示，首先以44 A的電流對(duì)電池進(jìn)行恒流充電，判斷蓄電池端電壓是否大于28.2 v，如果滿足條件，就進(jìn)入恒壓勻沖階段：一直到蓄電池的充電電流小于

　　4.4 A后，最后進(jìn)行恒壓浮沖。

　　為了滿足蓄電池的充電需求，充電機(jī)采用的控制策略框圖如圖4所示，其中為負(fù)載輸出端的電壓，為電池的充電電流。u和，分別為系統(tǒng)所設(shè)定的DC/DC變換器輸出參考電壓和蓄電池充電的參考電流。采樣的實(shí)際值和參考值比較之后的誤差值輸入PI調(diào)節(jié)模塊，經(jīng)過P1算法得到控制H橋開關(guān)管Q1Q，與Q2、Q，開關(guān)管之間的移相角度0的大小，其范圍為[-π，π]。最后通過模式判斷，來進(jìn)行恒壓和恒流2種閉環(huán)控制策略之間的切換。

　　4仿真分析

　　根據(jù)上述分析的充電機(jī)所采用全橋隔離型DC/DC變換器電路的工作原理和控制策略，利用MATLAB/Simulink模塊搭建了有軌電車充電機(jī)系統(tǒng)的仿真模型如圖5所示，通過控制輸出的電壓和蓄電池充電電流的大小，驗(yàn)證全橋DC/IDC電路控制策略的可行性和正確性，系統(tǒng)主要參數(shù)如表1所示。

　　整個(gè)仿真時(shí)長(zhǎng)為4s，由于時(shí)間較短，為了得到蓄電池電量充滿之后從恒流充電轉(zhuǎn)換到恒流壓浮充的模式企切換過程的充曲線，設(shè)置蓄電池SOC為99%。仿真結(jié)果如圖所示，恒流充電階段(0-2s)蓄電池的電流為恒定的44 A，蓄電池的電壓緩慢上升，直到蓄電池電壓達(dá)到29 V后切換大恒壓浮充階段

　　(2-4s)，充電機(jī)輸出電壓下降到27 v，同時(shí)蓄電池的電流降到0A左右，與前述理論一致。

　　5結(jié)語

　　介紹新能源汽車車載充電機(jī)主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)其使用全橋隔離型DC/DC電路工作原理進(jìn)行了詳細(xì)分析，根據(jù)車輛蓄電池的充電特性曲線，制定了充電機(jī)的控制流程和策略，最后通過仿真驗(yàn)證了控制策略的合理性和可行性。

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