长江大学工程技术学院 毕业设计(论文)
题 目 名 称 题 目 类 型 系 部 专 业 班 级 学 生 姓 名 指 导 教 师 辅 导 教 师 时 间
电动汽车充电桩的设计
毕业设计 信息系
测控技术与仪器60801
向雷 张鹰峰 张鹰峰
2012.5.10至2012.6.10
目录
任务书................................................................................................................................Ⅰ 开题报告............................................................................................................................Ⅱ 指导教师审查意见............................................................................................................Ⅲ 评阅教师评语....................................................................................................................Ⅳ 答辩会议记录....................................................................................................................Ⅴ 中文摘要...........................................................................................................................VI 外文摘要..........................................................................................................................VII 前言 ....................................................................................................................................... 1 第一章 选题背景 ................................................................................................................. 2 1.1 题目来源 ................................................................................................................... 2 1.2 选题目的和意义 ....................................................................................................... 2 1.3 国内外现状和发展趋势 ........................................................................................... 4 第二章 基本理论 ................................................................................................................. 6 2.1 实现电动汽车充电的基本条件 ............................................................................... 6 2.2 硬件设计理论 ........................................................................................................... 6 2.3 充电桩运行模式..................................................................................................7 第三章 电动汽车智能充电电路设计 ................................................................................ 12 3．1系统基本功能 ......................................................................................................... 12 (2)工作过程 .................................................................................................................... 18 工作波形 .......................................................................................................................... 20 IGBT的转移特性和输出特性 ......................................................................................... 23 2MBLL00L-120的等效电路 ............................................................................................. 24 第七章 三相桥式整流与逆变电路的MATLAB仿真 ....................................................... 31 第八章 总结 ....................................................................................................................... 33 8.1 全文工作总结 ......................................................................................................... 33 8.2 研究中存在的问题及改进思路 ............................................................................. 33 参考文献 ............................................................................................................................. 33 致谢 ..................................................................................................................................... 34
摘 要
学 生：向 雷 ，信息系 指导教师：张鹰峰，信息系
随着社会的发展以及能源、环保等问题的日益突出，纯电动汽车以其零排放，噪声低等优点越来越受到世界各国的重视，电动汽车已成为2l世纪汽车产业的发展方向．电动汽车的迅速发展，对电池能源的要求越来越高，因而电池运行状态的管理变得越来越重要。本文深入地研究电动汽车的电池管理系统，并提出合理的系统设计思想与实现方法。
首先介绍了电动汽车的发展历史和电池管理系统的技术现状，以及剩余电量预测的几种模型，以删一Ni电池作为研究对象，在分析MH-Ni电池的工作原理、 电池的电压、电流和温度特性和传统预测方法的基础上，提出采用经验与积分计算结合的电池剩余容量预测方法。
在对蓄电池快速充电原理和目前各种充电方法的研究基础上，提出了两阶段充电模式，即在充电前期采用多段恒流充电和脉冲充电相结合的快速充电方法，而在充电后期采用定电压补足充电法；对蓄电池快速充电的控制技术进行了探讨，在设计中，采用了具有电池电压负增量控制、电池最高电压控制和电池温度控制功能的综合控制法。
综合以上研究，本文介绍了所研制的一种分布式、功能模块化的车载电池管理系统，它主要由主控模块、可控充电系统模块、电压采集子模块、温度采集子模块，电流测量子模块及显示模块构成，通过LIN总线实现相互通讯。并根据该总体设计，具体分析讨论了各个模块电路具体设计及实现方法；系统采用ATMEGA8L作为微控制器，在ICC环境下进行编程，完成主程序控制、485模块通讯、电池状态监控及充电管理软件部分设计，并列出了部分模块的软件功能实现的流程图。
本文所述的电池管理系统设计，硬件电路可靠，抗干扰能力强，软件设计调试方便，已经在一款新加坡电动电动车中得到实际应用，其智能化充电的思路值得以后继续深入研究和推广。
关键词：电动汽车，电池管理系统，剩余容量，快速充电
Ⅵ
Abstract
Student：xianglei, Department of Information Teacher：Yingfeng Zhang, Department of Information
With the social development， increasingly prominent energy issues and environmental protection issues．pure electric vehicles with zero emissions,low noise advantages arc getting growing attention by the word,electric vehicles have to be the current of automohile industry green car．As the fast development of the electric vehicle,the requirement to the battery technology is higher and higher．So the management of the battery working state is also more and more important．The paper has deeply studied the traction battery management system of electrical vehicles and the lofical design thoughts and realized methods have been put forward．
At first introduced electric vehicle and the history of the development of the battery management system cell technology,and the remaining margins of several models．In this paper MH-Ni batteries is researched,by careful analysis of MH-Ni batteries work principles,the battery voltage,current and temperature characteristics． Then a logical SOC measuring method has been raised,which is the combination of exprience and integral calculation．
On the base of researching quick-charging theory and some charging method, the two phases charging mode has been put forward；probed into the control technique of quick-charging for battery,in the actual design,used the colligation control method,which made up by voltage negative-increment control、topmost voltage control and temperature control．
The design of a distributed,modularized electric battery management system comprised by center control、intelligent charging、and voltage、temperature、current measuring modules was described,in which the data cornmunication by LIN Bus. Concretely analyzed the circuit parameter in hardware design,used the Atmegaol as the MCU，finished the program design by the ICC software,list out the every module’s flow chart as the end．
Ⅵ
The battery management system introduced by this paper has already got actual application in a engineer electric vehicle．The hardware circuit is reliable and economical，software debugging is expedite．The ability of interference．rejection is strong．it is worthy of doing some more research on the idea of intelligent-charging．
【Keywords】:
Single-chip, internal control, DSP
Ⅵ
电动汽车充电桩的设计
前言
目前，我国石油资源十分短缺，人均占有的探明可采储量仅相当于世界平均水平的7．7％；同时，我国资源消耗过多，2004年，我国GDP产出消耗的能源量是世界平均水平的3．36倍，是美国的4倍多，是日、英、德、法等国的近8倍，2005年，我国石油净进口1．36亿吨，占石油全部消费量的42．9％。本文内容安排如下：
首先，阐述了选题的目的和意义，然后介绍了电动汽车充电桩，电动汽车的产生背景以及国内外发展历史和趋势。
其次，研究电动汽车在电力电子方面的原理，为后文理论奠定基础。 再次，设计整流与逆变电路。
第四步，编写编码程序，实现面板上的操作。 最后，对全文进行总结。
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电动汽车充电桩的设计
第一章 选题背景
1.1 题目来源
近年来，世界汽车界加快了纯电动、混合动力、燃料电池等清洁能源车型开发的步伐，多种车型、多种能源方式的电动汽车已经投入批量生产。其中法国有7000辆，日本有10万辆电动汽车产品投放市场，其它欧美国家生产数量平均在1000辆左右。据美国能源部预测，从1999年到2007年世界电动汽车的销量将平均每年增长60％，到2007年的销量将达到101万辆。
1.2 选题目的和意义
我国在“八五”、“九五”期间，都连续将电动汽车列为国家重大科技攻关项目，“十五”期间，更是以产业化为目标，将电动汽车列为“863计划”重大专项，积极推广与探索电动汽车的示范运营。经过近几年的技术攻关，在电动汽车一些关键技术上取得了阶段性的成果，以武汉、株洲、杭州等地为代表的电动汽车示范运营也已全面展开。目前，我国与发达国家在电动汽车的研制水平相比虽有差距，但较传统内燃汽车而言，差距相对较小。因此，以发展电动汽车为主攻方向，是我国汽车工业实现跨越式发展，赶超发达国家汽车工业的机遇。
万向集团自1999年开始启动电动汽车及其关键技术研发项目，通过多年的技术攻关，集团在电动汽车动力电池、一体化电机、电控系统等关键技术领域为进一步推进电动汽车产业化研制打下了较好的基础。为此，万向集团电动汽车项目也被国家科技部列入了“十五”863电动汽车重大专项计划，2004年lO月，杭州被列为国家电动汽车示范运营城市，由万向电动汽车有限公司承担的863重大专项“杭州市工况下电动汽车运行考核试验研究”项目正式启动。为此，本文针对此项目的主要研究内容，在电动汽车充电桩的建设、示范运营试验研究等方面开展研究工作。 1．2课题来源及国家“863”计划电动汽车重大专项简介
为维护我国能源安全，改善大气环境，提高加入WTO后我国汽车工业的竞争力，2001年9月，中国科技部在“十五”期间的国家“863”计划中，特别设立了
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电动汽车充电桩的设计
电动汽车重大专项。专项将从国家汽车
产业发展战略的高度出发，选择新一代电动汽车技术作为我国汽车科技创新的主攻方向，组织企业、高等院校和科研机构，以官、产、学、研四位一体的方式，联合进行攻关。计划在“十五”期间，促进我国符合市场经济发展要求的研发体系、机制和人才队伍的形成，以电动汽车的产业化技术平台为工作重点，力争在电动汽车关键单元技术、
系统集成技术及整车技术上取得重大突破，集中有限资源抢占新一代电动汽车制高点，促进我国汽车工业实现跨越式发展。
电动汽车重大专项提出“三纵三横”研究开发布局。“三横”是指纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车的整车，“三纵”是指电池、电机和控制系统的关键零部件。强调建立符合整车开发规律的严密的整车开发程序，提出以整车开发为主导，关键零部件和相关材料紧密结合、基础设施协调发展，政策法规、技术标准与评估技术同步展开的基本方针，作为国内汽车科技项目的一个探索，以保证电动汽车重大专项产品化和产业化目标的实现。该项目的运作强调创新：要求各项目组成立科技公司，专门负责开发工作。不仅所参加的各法人单位要入股，其中的主要研发人员也要入股，形成责任捆绑。目前该项目的科研资金已经大大超过国家投入的近9个亿，总共达到2 5亿元以上。
本课题属于国家高技术研究发展计划(863计划)电动汽车重大专项的子项目“杭州市工况下电动汽车运行考核试验研究”(课题编号：2005AA501980)，由万向电动汽车有限公司承担，项目主要研究 内容包括：
(1)研究杭州市工况下电动汽车运行维护体系建设规范(充电桩布局、充电模式及充电设备的技术参数要求)；
(2)完成基于快换式电池组的智能充电桩信息系统的建设； (3)完成一套车载测试系统的开发；
(4)完成车载信息平台的开发，完成车辆运行信息的采集、显示、报警与传输； (5)应用车载测试系统，对杭州市公交车进行行驶工况的统计及分析研究； (6)依托所开发的车载信息平台与车载测试系统，研究电动公交车和电动出租车在
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杭州市工况下的运行参数和运行模式，对电动汽车的设计及产品改进提供依据；
1.3 国内外现状和发展趋势
智能充电桩的研究是与电动汽车产业化同步发展的，我国与西欧、北美等发达国家基本上处于同一起跑线上。但在一些简易充电桩的建设上，北美等发达国家显然已经走在前头，譬如美国，由于政府的鼓励与法律政策的扶持，电动汽车数量相对较多，通用汽车公司生产的EVl、日本丰田公司的RAV4EV等已经在美国进入了家庭，在其大多数城市内均已建立了多个简易充电桩，包括非接触式充电桩与接线式充电桩。其充电桩一般建在一些大的停车场车位、公园、维修站、以及汽车旅馆等地方，在城市地图与服务信息台可以很方便地查到每个城市的充电桩位置与充电桩类型。这些充电桩只是给电动汽车提供短时、快速的充电服务，具有智能收费系统，但是各充电桩之间是孤立的，没有统一的信息管理系统。
在我国，充电桩的研究随着电动汽车示范运行的开展也已经开始取得了一些突破性的进展。2003年8月，天津市重大科技攻关项目之～的电动汽车示范充电桩通过了有关专家的评审验收，这是天津市首家电动汽车充电桩。至2004年5月，北京密云电动汽车示范运行的充电桩建设目前基本完毕，采用ll台深圳强能电气有限公司生产的30KW智能充电机组合而成。北京121路电动公交车示范运行区内的121路公交总站充电桩于2004年10月完成建设，利用原电车的600V直流电网提供充电桩电源，其充电机可以进行联机运行。白天电动汽车快速充电时可以采用三台充电机并联给一组电池提供大电流、短时的电量补充，晚场采用一对一的正常充电，对电池组进行维护保养。2006年6月，比亚迪电动汽车在上海松江汽车研究院厂区内部也建成一座与加油站类似的充电桩，可以对充电量进行智能收费，一次充电时间大约需要6个小时。此外，在株
洲、武汉等地区，由于电动汽车示范运营的开展，都建立了不同规模的充电桩。
总的来讲，国内在充电桩的研究的已经展开，但目前仍然局限于多台充电机的简单组合，在电动汽车动力电池组的快速充电与正常充电的充电模式、充电参数的设置方面仍处于经验设置、摸索阶段，在充电过程中电池的温度、绝缘、过充的报警和保护这些应用方面的研究则有待深入。国内所开发的电动汽车充电桩有些虽已投入运行，但其综合性能指标并不太理想，进一步开发高效、高可靠性、高适应性
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和高通用性的智能充电桩系统仍有大量研究工作需要深入开展。
早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大的提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。
1.4 课题的设计目的
1. 巩固、加深和扩大电力电子应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知
识解决问题的能力。
2. 培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力，
提高组成系统、编程、调试的动手能力。
3. 通过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉电力电子的开发、研
制的过程，软硬件设计的方法、内容及步骤。
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第二章 基本理论
2.1 实现电动汽车充电的基本条件
标识系统 交流充电桩整体形象满足国家电网公司标识系统的一般要求。 有明显的发光指示， 确保 夜间使用 易于查找和辨别。并配备户外遮雨设施。 结构要求 交流充电桩壳体应坚固；结构上须防止手轻易触及露电部分。 设计外观标识应符合国家电网公司统一要求标准。 电源要求： 50 电源要求 采用单相 220V； 允许电压波动范围为 220V±10%； 频率： Hz ±1Hz。 IP 防护等级 交流充电桩应遵守 IP32（在室内）或 IP54（在室外） ，室外环境应用时应设置 必要的遮雨设施。 三防(防潮湿，防霉变，防盐雾)保护： 交流充电桩内印刷线路板、接插件等电路 应进行防潮湿、防霉变、防盐雾处理，保证充电机能在 室外潮湿、含盐雾的环境下正 常运行。 防锈(防氧化)保护： 交流充电桩铁质外壳和暴露在外的铁质支架、零件应采 取双层防锈措施，非铁质的金属外壳也应 具有防氧化保护膜或进行防氧化处理。 平均故障间隔时间（MTBF） ： MTBF 应不小于 30000 h。 2.2 硬件设计理论
1、充电机以隔离型桥式DC／DC变换器为主体结构。 2、控制系统由驱动板和单片机(CPU)控制系统组成。
3、人机接口由按键和六位数码管组成。
4、充电机内部装有输入／输出电能计量装置。
5、最大输出功率50KW，最大输出电流100A，最高输出电压500V。长期额定使用的最大输出电流为80A，最高输出电压为480V。
6、具有恒流和恒压运行模式。
7、充电过程的多模式控制。整个充电过程都由充电机内部的CPU控制，最多可以将整个充电过程分成六个阶段，每个阶段的运行参数和不同阶段间的转换条件都存储在非易失性存储器(EEPROM)中，可以通过充电机的键盘或计算机监控网络来修改参数。
8、具有计算机远程监控能力。充电机带有隔离485通信接口，通过隔离485通信接口可以组成计算机监控网络，监视和记录每台充电机的运行数据、修改每台充电机的运行
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电动汽车充电桩的设计
参数、控制充电机的启动和停机。
9、具有并联运行能力，两台甚至三台充电机可并联运行。每台充电机都有工作模式选择开关，可以选择单机或并联运行模式。当多台充电机并联运行时，其中一台充电机应设置为并联主机，其余设置成并联从机。所有操作在并联主机上进行。并联从机会自动跟随并联主机运行。
10、具有完善的保护功能。充电机提供两大类故障保护：可恢复故障和不可恢复故障。对于可恢复故障，当故障消失后，充电机可自动恢复运行。对于不可恢复故障，为保证人身及设备安全，必须人工恢复。
2.3 充电桩运行模式
针对电池充电的要求，充电机可以有两种不同的运行输出模式：
1、恒流模式：恒流模式是以输出电流作为反馈量，控制系统保持充电机输出电流恒定； 2、恒压模式：恒压模式是以输出电压作为反馈量，控制系统保持充电机输出电压恒定。对于电池充电，为了快速充电同时延长电池的使用寿命，在一个完整的充电过程中，不能完全采用一种模式进行充电，而应该将整个充电过程分成不同的阶段，不同的阶段采用不同的运行模式和运行参数，同时在不同阶段之间设置阶段转换条件，当充电机的运行状态满足阶段转换条件时，充电机可以从当前运行阶段变成下一个阶段运行。本充电机可以将一个充电过程划分成最少1个，最多6个不同的运行阶段。每个阶段的运行参数包括：
1、运行模式：恒流或恒压
2、给定参数：如果运行模式是恒流方式，给定参数为输出给定电流，。如果运行模式是恒压方式，给定参数为输出给定电压。
3、限制参数：对于电池负载，在恒流条件下，有可能控制系统为满足设定的输出电流值，而使充电机的输出电压超过电池组的最大电压限制。在恒压条件下，有可能控制系统为满足设定的输出电压值，而使充电机的输出电流超过电池组的最大电流限制。为了解决这个问题，在充电机的控制系统中，有一个限制输出部分。在恒流状态下，限制输出部分会对输出电压和设定的限制最大电压进行比较，若输出电压小于最大限制电压，控制系统保持输出电流等于给定电流，若输出电压大于最大限制电压，控制系统将不再保持输出电
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流等与给定电流，而是保证输出电压小与最大限制电压。在恒压状态下，限制输出部分会对输出电流和设定的最大限制电流比较，若输出电流小于最大限制电流，控制系统保持输出电压等于给定电压，若输出电流大于最大限制电流，控制系统将不再保持输出电压等于给定电压，而是保证输出电流小于最大限制电流。采用以上措施的目的，就是为了保护电池，防止电池在充电过程中受到损伤。所以在每个阶段的运行参数中包括一个限制输出值。若运行模式是恒流，限制输出值为最大输出电压。若运行模式是恒压，限制输出值为最大输出电流。
4、停止参数：停止参数的含义是当充电机的实际运行状态满足设定的停止参数，充电机会自动转入下一个阶段运行，若当前运行的是最后一个阶段，当充电机的实际运行状态满足设定的停止参数，控制系统会关闭充电机。若充电机的运行模式是恒流，用户可以选择的停止条件有输出电压或运行时间两种。若用户选择停止条件是输出电压，在恒流充电过程中电池电压上涨到设定的停止输出电压值时，系统结束本阶段的运行，转入下一阶段运行。若用户选择的停止条件是运行时间，若本阶段的运行时间等于设定的停止时间，系统结束本阶段的运行，转入下一阶段运行。若充电机的运行模式是恒压，用户可以选择的停止条件有输出电流或运行时间两种。若用户选择停止条件是输出电流，在恒压充电过程中输出电流下降到设定的停止输出电流值时，系统结束本阶段的运行，转入下一阶段运行。若用户选择的停止条件是运行时间，当本阶段的运行时间等于设定的停止时间，系统结束本阶段的运行，转入下一阶段运行。把运行模式和停止条件组和起来，充电机可以有四种运行模式：恒流限压、恒流定时、恒压限流、恒压定时。充电机所有运行参数都存入控制板的内部EEPROM中，所有参数可通过充电机面板或计算机监控网络来设置，EEPROM中的数据具有记忆功能，若用户不想修改数据，可直接启动充电机，不必再次输入运行参数，充电机将按照上次修改的参数运行。
2.4 基本原理介绍。
电动汽车充电桩作为电动汽车的能量补给装置，其充电性能关系到电池组的使用寿命、充电时间。这也是消费者在购买电动汽车之前最为关心的一个方面之一。实现对动力电池快速、高效、安全、合理的电量补给是电动汽车充电器设计的基本原则，另外，还要考虑充电器对各种动力电池的适用性。图1所示为快速充电器的控制系统组成，该系统区别于
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传统充电器所采用的连续电流充电和脉冲电流充电方式，采用了智能化的变脉冲充电方式，即采用如图2所示的充电电流脉冲，包括充电脉冲T1间歇脉冲T2以及放电脉冲T3。
图3为典型的地面充电站中充电器的方案，该充电器由一个能将输人的交流电转换为直流电的整流器和一个能调节直流电功率的功率转换器组成，通过把带电线的插头插入电动汽车上配套的插座中，直流电能就输入蓄电池对其充电。充电器设置了一个锁止杠杆以利于插入和取出插头，同时杠杆还能提供一个确定已经锁紧的信号以确保安全。根据充电器和车上电池管理系统相互之间的通讯，功率转换器能在线调节直流充电功率，而且充电器能
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显示充电电压、充电电流、充电量和充电费用。这只是充电桩的基本原理，许多细节问题都应在实际应用中不断改进，已得到最便捷的使用方案。
功能特点
1） 人机交互界面采用大屏幕LCD彩色触摸屏，充电可选择定电量、定时间、定金额、自动（充满为止）四种模式；显示当前充电模式、时间（已充电
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时间、剩余充电时间）、电量（已充电电量、待充电电量）及当前计费信息。
2） 读卡器用于身份识别、记录电量消费信息。打印机用于消费票据打印。 3） 完备的安全防护措施：
紧急停止充电按钮； 技术指标
1） 2） 3） 4） 输出过流保护功能； 输出漏电保护功能；
自动判断充电连接器、充电电缆是否正确连接。当交流充电
桩与电动汽车正确连接后，充电桩才能允许启动充电过程；当交流充电桩检测到与电动汽车连接不正常时，立即停止充电； 具有阻燃功能。
环境条件
工作温度：－20℃～＋50℃； 相对湿度：5％～95％； 海拔高度：≤2000米。 工作电源
交流工作电压：220V±15％； 交流工作频率：50Hz±1Hz； 额定输出功率：3.5kW、7kW。 结构防护
充电桩壳体坚固，防护等级IP54，结构上防止手触及带电部
分。
充电桩金属外壳和零件采用双层防锈处理，非金属外壳具有
防氧化保护膜或进行防氧化处理。
充电桩内部印制电路板、接插件进行防潮湿、防霉变、防烟
雾处理，满足TH工作条件。
平均故障间隔时间：MTBF≥50000h。
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第三章 电动汽车智能充电电路设计
3．1系统基本功能
电动汽车智能充电系统的设计，主要目的是实现铅酸蓄电池组智能充电，具体而言，智能充电系统的设计应该实现以下几点t
(1)它在较短的时间内能够实现对蓄电池组的充电，使其电池容量达到工作的要求。能够对电池组的初始状态做出检测，确定蓄电池组的初始荷电状态，端电压，电池温度。如果初始电压值低于系统设定的阀值(最小电压值，又称门限值)时，则首先对电池组进行小电流涓流充电。直到电池组的端电压达到设定的阀值时，系统再自动转入快速充电阶段，按照设定的快速充电策略对电池组进行快速充电。当蓄电池充满电之后，系统自动转入浮充状态，对蓄电池组进行补足充电。系统在渭流充电，快速充电和浮充三种状态之间能够根据实际情况，自动做出切换实现充电的智能性。
(2)系统电路在工作时，能够对蓄电池组的状态做到实时监测，对系统参数进行实时采样和分析，并及时做出反馈调整蓄电池充电的相关参数，保证蓄电池组在其充电电流曲线近似逼近理想曲线的状态下对电池组进行充电。
(3)能防过充、去硫化，对蓄电池组存在的不均衡性进行调整，减小每个蓄电池之间的差异性，延长蓄电池组的使用寿命。
(4)系统在充电的整个过程中，从充电初期到最后充电结束，通过硬件和软件的手段提高电路的可靠性，使得电路能够正常的工作，不会出现意外情况造成设备严重损坏和人员伤亡，如能够对蓄电池的温度进行检测，当温度出现异常时能够对电路采取保护措施，同时对其他电路元件(如IGBT)也起到很好的保护，从而保证电路和蓄电池组的安全性以及人身安全。如果出现异常，能够自动转入安全状态或者停充。
3．2充电主电路
充电主电路原理图如图5．1所示，主电路主要有市电输入端、三相桥式整流滤波电路、DC．DC全桥功率变换电路、放电回路构成。
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充电主电路原理图
电路输入为三相380V交流市电，市电输入端电路接有保险丝或者闸刀，以防止电网输入时出现波动对电路造成的损害，对电路起到保护作用。采用三相桥式整流电路，对输入交流电进行整流；其输出端由滤波电感和滤波电容构成三相输入整流的滤波电路，对整流电压和电流波形做平滑化处理。DC．DC全桥功率变换电路是充电主电路的核心部分，通过IGBT电路和高频变压器的作用提高系统的能量转化效率，并通过控制器DSP的控制实现多段恒流充电与脉冲充电的控制策略。去极化回路由IGBT开关管Q5和滤波电容构成，由于电池在消除极化时需要负脉冲放电，因此它构成蓄电池放电通路。
3．3充电系统基本参数的确定
充电系统的设计，需要考虑两个方面的因素，其一是蓄电池组的相关信息，其二是电动汽车的要求，因为充电系统的设计是依托于电动汽车进行的，所以在设计时这两种因素都要考虑进去。
(1)充电电压范围
针对某具体项目的要求，动力电池组采用阀控铅酸电池，电池组由10个12V10Ah的蓄电池构成，总动力电压为120V。单格蓄电池理想电压为2．0V，其充电饱和电压
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如果假设为2．5V，那么就有蓄电池组的极限端电压为：120Vx2．5／2．0=150V。
充电电路在工作时还需要考虑到一定的域量，也就是说为了保证电路的可靠性和安全性，我们将蓄电池的充电电压最大值取为180V,这样，充电系统的输出端电压应在0～180V内可调。
(2)充电电流范围
充电电流的大小要求在工作时也是可调的，系统采用10Ah的蓄电池，如果采用lC的充电率进行充电，充电电流大小为10A；采用2C的充电率时，系统充电电流大小为20A。在设计充电电路时还要考虑到电路的通用性，即保证充电电路可以对至少同一型号的不同电压值(蓄电池端电压值<120V)的蓄电池组充电，所以系统充电电流设定在0,--60A内可调。
3．4充电电路结构
根据智能充电系统的功能设计目标确定充电电路的基本功能电路，进而确定智能充电电路的大致结构(如图4．1所示)。充电电路从根本上讲是一种大功率的高频开关电源。所谓开关电源，是指采用t·交流一直流一交流—直流’’电路结构的电源装置。采用开关电源设计的突出优点是其工作频率较高的交流环节可以使变压器和滤波器体积变得很小，从而使得充电电路的体积和重量大大降低，具有较好的实用性。同时，电路中采用功率变换电路，提高了工作频率，从而提高了电路的电能利用效率，这对节能而言是具有重
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智能充电系统结构图
智能充电系统的电路包括两大部分，充电主电路和充电控制回路。充电主电路由三相输入整流滤波电路、DC．DC全桥功率变换电路构成，充电主电路是主要功能是为蓄电池充电提供电能。控制回路主要由DSP控制器，扩展RAM，IGBT驱动保护电路，IGBT温度监测电路，去极化放电回路，三相电流电压监控电路，蓄电池状态监测保护电路等构成，目的是实现充电的智能化。充电系统在工作时，主电路和控制回路相互作用，实现对铅酸蓄电池组的安全、快速和智能充电。
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第四章 整流电路的设计
三相桥式整流电路
三相整流滤波电路由6个二极管，滤波电容C1，交流侧电感以及为抑制冲击电流而串联的电感h构成。
理想情况下，不考虑Lb的存在，只考虑含有Cl的情况。此时，当其中某一对二极管导通时输出的直流电压等于交流侧线电压中最大的一个，该线电压向电容供电，也向负载供电。当没有二极管导通时，由电容向负载放电，砜按指数规律下降。
假设二极管在距离线电压过零点6角处开始导通，并以二极管VD6和VDl开始导通的时刻为时间零点，则线电压为
而相电压为
当W1=0时，二极管VD6和VDl开始同时导通，直流侧电压等于Uab；下一次同时导通的一对管子是VDl和VD2，直流测电压等于U∞。
对于充电系统而言，电路中存在交流侧电感和为抑制冲击电流而串联在电路中的滤波电感h。此时，电路中电流波形的前言会比较平缓，有利于电路的正常工作，可见滤波电容与滤波电感同时存在能够保证电路的合理性。
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第五章 逆变电路的设计
5,1 DC．DC全桥变换器结构的选择
现代电力电子装置愈来愈趋向于小型化和轻量化，必然要求开关频率越来越高，智能充电系统的设计也是如此。但是当开关频率很高时，会给充电电路造成严重的噪声污染和开关损耗，且产生严重的电磁干扰，软开关技术的出现解决了这一系列问题。所谓软开关技术，是指通过辅助的谐振电路使开关管开通前电压先降为零，或关断前电流先降为零，这样实现了在零电压情况下开通或者在零电流条件下关断，从而大大降低了开关功率损耗，减少了噪声污染和电磁干扰。
全桥变换器目前应用比较较为广泛的主要有零电压软开关(zvs)和零电压零电流软开关(zvzcs)两种，此外还有零电流软开关(ZCS)的形式。
(1)零电压软开关[zvs]
使开关开通前其两端电压为零，则开关开通时就不会产生损耗和噪声，这种开通方式称为零电压开通，简称零电压软开关。移相脉宽调制技术(PWM)控制的全桥ZVS变换器，它的优点是拓扑简单，开关器件电压电流应力小。这种拓扑结构使器件的杂散参数得以利用到电路工作中，实现主要开关器件的零电压软开关。但是它的缺点是，初级环流在次级换流期间会造成较大的导通损耗，需要较大的滤波电感才能实现滞后桥臂的软开关，占空比容易丢失，因此限制了这种拓扑在更大功率场合的应用。
(2)零电流软开关[zcs】
使开关关断前其电流为零，则开关关断时也不会产生损耗和噪声，这种关断方式称为零电流关断，简称零电流软开关。ZCS全桥变换器使桥式逆变器的四个主开关管都实现了零电流软开关，这种拓扑适用于大电流的慢速器件实现大功率变换的场合，但它较难实超前管的ZCS，并且存在电流占空比丢失。
(3)零电压零电流软开关[zvzcs]
ZVZCS全桥变换器的超前桥臂实现了ZVS，滞后桥臂实现了ZCS，虽然同样存在占空比丢失的问题，但是这种损失比前两种拓扑要小的多，并且主开关管的软开关较容易实现。该变换器采用移相PWM控制，可以分别在滞后桥臂上串联一个二极管，在初级串联一个阻断电容，利用次级换流期间，使初级电流复位来实现滞后桥臂的零电流
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关断。
通过综合分析，智能充电系统通过移相PWM控制技术，采用零电压软开关全桥变换器。
5．2 移相脉冲宽度调制零电压软开关(zvs)全桥变换器
(1)电路构成
采用移相脉冲宽度调制技术控制的零电压软开关全桥变换器，由四个IGBT开关管构成，如图5．2所示。每个IGBT管都有一个内部寄生二极管和寄生电容，为了能够清晰的说明电路的构成，在电路图中已经标识出来。Tl为高频变压器部分，k表示电路中的谐振电感，包含高频变压器的漏感。4个IGBT管与变压器构成了变换器的逆变部分，负责将三相整流电路输出的直流逆变为交流；变压器的副边整流电路，则将变压器输出的交流再整为直流，整个变换器实际是实现“DC．AC．DC”功能。工作时，Q1，Q3两个IGBT管组成超前桥臂，而Q2，Q4组成滞后桥臂。
由于超前桥臂与滞后桥臂的2个IGBT管成1800互补导通，因此前后两个桥臂的导通相差一个相位，即移相角，从而可以通过调节移相角的大小来调节充电电压。通过功率管的寄生电容与变压器的漏感，实现IGBT的零电压开关。
全桥变换器原理图
(2)工作过程
移相PWM全桥变换器一个开关周期具有12种开关状态即12个工作阶段，上半周期和下半周期各包含6个阶段，而且上半周期与下半个周期工作基本类似，所以只对上半周期的6个阶段做了阐述，变换器工作的主要波形如图5．3。
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首先我们假设电路中所有开关管、二极管、电容、变压器器件均为理想元件，变压器的原副边比为K，则全桥变换器的工作过程分析如下。
变换器在0-to阶段时，Ql与Q4处在导通状态，原边电流ip流经Ql、变压器原边和Q4，副边电流流经副边绕组。此时，整流管D01和D03导通，D02与D04截至。
t0-t1阶段，t0时刻Ql关断，Q4继续处在导通状态。ip转到cpl和cp3支路，对cpl充电，cp3放电。由于寄生电容epl和cp3，所以Ql是零电压关断。此阶段中，谐振电感与滤波电感串联，而且由于滤波电感很大所以ip近似等于一个恒流源。寄生电容cpl的电压线性上升，cp3的电压则线性下降。到tl时刻，cp3的电压变为O，Q3的反并二极管自然导通。此过程结束。
t1-t2阶段，Q3的反并二极管导通后使得Q3的电压箝在零位，此时开通Q3则Q3正好为零电压开通。
t2-t3阶段，到达t2时刻时，关断Q4，ip转移到寄生电容印2和cp4中，此时cp2放电而cp4处在充电状态。此时Q4的电压从零开始慢慢上升，因此Q4是零电压关断。变压器副边绕组电势出现上正下负，整流管D02、D03导通。ts时刻时，cp4的电压上升至Vin，Q2的反并二极管自然导通，本阶段结束。
t3一t4阶段，在时刻t3，Q2的反并二极管自然导通，使得Q2的电压箝在零位，所以Q2此时为零电压开通。但是由于Q2与Q4之间存在驱动信号的死区，因此虽然Q2处在开通状态，但没有电流流过Q2。ip经过Q2的反并二极管导通，并通过能量回馈电路的谐振电感反馈到输入电源。
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工作波形
t4一t5阶段，在t4时刻时原边电流ip下降至零，Q2与Q3导通，Q2与Q3的反并二极管同时关断无电流流过。此时，原边电流由正方向过零，并沿负方向线性增加，但是原边电流的大小不足以提供负载电流，因此整流管依然为负载电流提供回路，所以实际上原边绕组的电压值等于零，原边电流沿负方向线性增加。至t5时刻，整流管Dol、D04才关断，负载电流全部经D02、D03形成回路。
t5-t6阶段，电源对蓄电池供电。到达t6时刻时，Q3关断，全桥变换器进行下半个周期的工作，下半周期的工作情况与上半周期的工作基本类似。
(3)IGBTZVS的实现
要实现开关管的零电压开通，首先必须有足够的能量用于抽走将要开通的开关管的结电容电荷；第二要有足够的能量给同一桥臂关断的开关管的结电容充电；第三要有足够的能量抽走变压器原边绕组电容上的电荷。
在实现ZVS时，超前桥臂和滞后桥臂情况是不同的。超前桥臂在开关时，谐振电感与
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滤波电感串联，通过谐振电感和滤波电感中的能量用来实现ZVS。由于谐振电感很大，这个能量很容易使领先桥臂实现ZVS。而滞后桥臂在开关时，变压器副边是短路的，因此只是利用漏感的能量用来实现ZVS，谐振电感比滤波电感小得多，因此滞后桥臂实现ZVS比较困难。为了实现滞后桥臂的ZVS，需要增大谐振电感。
(4)副边占空比丢失问题
移相PWM控制ZVS全桥变换器很容易出现占空比丢失，这是该变换器的特有现象。设副边占空比为D。，原边占空比为Dp，那么丢失的占空比Dloa=Dp-D。。移相PWM控制ZVS全桥变换器中产生占空比丢失的原因主要是，存在原边电流从正向(或负向)变化到负向(或正向)负载电流的时间，按照图5．3所示的t2．t5，和ts．tll两个阶段。在这两段时间内，原边尽管有电压方波但是不足以提供负载电流，致使变换器副边的D01’D02，D03，D04四个整流二极管全部导通，负载(蓄电池)就会处在续流状态，负载端电压为零。因而副边就出现了占空比的丢失，即h-t5，和t8-t11两个阶段的电压方波出现丢失。
5．3 开关元件IGBT工作原理与工作特性
智能充电系统中，采用IGBT作为开关元件。IGBT综合了GTR和MOSFET的优点，具有良好的特性，自1986年投入市场以来，就成功的取代了原来的GTR和一部分电力MOSFET，成为电力电子设备的主导器件，在开关电源领域应用广泛。目前，IGBT正在继续提高其电压和电流容量，以期扩展更大的应用领域。
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),即绝缘栅双极型功率管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式电力电子器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。因此IGBT非常适合应用于直流电压为1500V的高压变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
(1)IGBT工作原理
IGBT是三端器件，分别是栅极G、集电极C和发射极E。IGBT分为N沟道和P沟道两
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种。以N沟道IGBT为例，它比VDMOSFET多一层P+注入区，从而形成了一个大面积的PN结J1，使得IGBT导通时P+注入区向N基区发射少子，从而对漂移区电导率进行调制，使得IGBT具有很强的通流能力。IGBT等效于双极型晶体管与MOSFET组成的达林顿结构，相当于一个有MOSFET驱动的厚基区PNP管。因此，IGBT的驱动原理与电力MOSFET基本相同，也是一种场控器件，它的开通和关断是通过栅极G和发射极E间的电压UOE决定的，当UGE为正且大于开启电压UaE(th)时，MOSFET内形成沟道并为晶体管提供基极电流从而使IGBT导通。同时，由于电导调制效应高耐压的IGBT也具有很小的通态压降。当栅极和发射极间施加反向电压或者不加信号时，MOSFET内的沟道消失，IGBT管的基极电流被切断，IGBT关断。
(2)IGBT工作特性
在此我们只讨论IGBT的静态特性。IGBT的静态特性包括转移特性，输出特性(伏安特性)。
IGBT的转移特性是指输出漏极电流Id与栅源电压U嚣之间的关系曲线。它与MOSFET的转移特性相同，当栅源电压小于开启电压U擎(th)时，IGBT处于关断状态。在IGBT导通后的大部分漏极电流范围内，Id与U鼬呈线性关系。最高栅源电压受最大漏极电流限制，其最佳值一般取为15V左右。开启电压U擎(m)在+25。C时取2-6V。
IGBT的伏安特性是指以栅源电压U豁为参变量时，漏极电流与栅极电压之间的关系曲线。输出漏极电流比受栅源电压U擎的控制，U举越高， Io越大。它与GTR的输出特性相似，可分为正向阻断区、有源区和饱和区。当U。c 电动汽车充电桩的设计 IGBT的转移特性和输出特性 (3)IGBT特点 IGBT具有如下特点： a)开关速度高，开关损耗小；在电压达到1000V以上时，IGBT的开关损耗只有GTR的1／10，与电力MOSFET相当。 b)IGBT的耐压和通流能力还可以进一步提高，同时可以保持高的开关频率。 c)电压和电流定额的情况下IGBT的安全工作区比GTR要大，而且耐脉冲电流冲击。 d)IGBT的通态压降比VDMOSFET低，尤其是在电流较大的区域。 c)IGBT具有较高的输入阻抗，输入特性与电力MOSFET基本相同。 5．4 IGBT的选择 IGBT正日益广泛地应用于低噪音，高特性的电源，逆变器，不间断电源之中。按照充电系统的要求，选择IGBT作为电路的开关器件构成系统的功率变换电路，实现对智能充电的控制。 经过综合分析，我们选择模块化的IGBT，同单个的IGBT相比它更安全，性能更可靠，使电路设计更为合理。所以，我们选择富士公司的2MBll00L-120快速型IGBT模块，它非常适合高速开关电路，耐压高VcEs=1200V，允许电流Ic=100A；而且具有较低的通态压降VcE的最大值也只有5V；开通时间和关断时间分别只有1．29．s和1．51．ts， 第23页（共42页） 电动汽车充电桩的设计 具有良好的开关速度；额定功率为800W，触发电压为20V。 如图5．5所示，为2MBll00L-120快速型IGBT模块的等效电路，从图中我们很容易发现它等价于2个分立的IGBT管构成的电路。在充电系统中，只需要两个2MBll00L-120 快速型IGBT模块就可以构成功率变换电路的逆变部分。 2MBll00L-120的等效电路 5．5 IGBT驱动电路 (1)驱动芯片选择 IGBT驱动多采用专用的混合集成驱动器，目前市场上比较常用的有三菱公司的M579系列，如M57962L，M57959L；富士公司的EXB系列，如EXB840，EXB841，EXB850和EXB851。同一系列的不同型号其引脚和接线基本相同，但是根据充电系统的要求，被驱动IGBT模块的容量和开关频率以及输入电流幅值等参数等进行选择适合的型号。 本智能充电系统中，根据系统要求选择EXB841驱动器，对系统IGBT模块进行驱动。 (2)驱动芯片EXB841工作原理 EXB841(I内部结构见图5．6)，是富士公司生产的IGBT混合IC驱动器，它吸取了IGBT的全部优点，是一款高速型的IGBT驱动芯片。适合开关频率40KHz，采用高密度安装 第24页（共42页） 电动汽车充电桩的设计 EXB841功能图 的SIL封装，单供电操作，内置用于高隔离电压的光耦合器，内装有过电流保护电路，具有过流保护输出的功能，工作电流范围可达到300A，承受电压达到1200V。EXB841的高速性体现在其驱动电路的信号延迟最大只有1．59s，这比富士同系列标准型的IGBT驱动(4rts)要低得多，因此在对逆变电路而言可以提高系统的精确度。 EXB841 的 管 脚 的 功 能 如 表 5 ． 1 所 示 。 第25页（共42页） 电动汽车充电桩的设计 (3)IGBT驱动电路 EXB841是高达300A的1200V IGBT，它的驱动电路连接如图5．7。因为驱动电路信号延迟gps，所以此混合IC适用于高约40KHZ的开关操作。 驱动电路设计 当使用EXB841时，确保IGBT的栅射极驱动回路接线一定要小于lm，IGBT的栅射驱动接线应为绞线。如果在IGBT集电极产生大的电压尖脉冲，那么增加IGBT的栅串联电阻(RG)。而且，471xF(#)电容器吸收由于电源接线附抗引起的供电电压变化，它不是电源滤波器的电容器。 用EXB841设计IGBT驱动电路时，最佳操作条件V。c=20V，Iin=10mA。在对IGBT进行驱动时，如果驱动电压超过了IGBT栅电压，过高驱动供电电压会损坏IGBT，并且不足的驱动电压会不正常地增加IGBT的ON电压。注意过高的输入电流会增加驱动电路的信号延迟，并且不足的输入电流会引起驱动电路操作不稳定，同时不足的栅电阻能增加IGBT和稳流二极管的开关噪音。 第26页（共42页） 电动汽车充电桩的设计 第六章 系统变压器设计 变压器作为开关电源不可缺少的磁性元件，它的主要功能是将电源的能量瞬时地转移到负载，即传输功率；通过改变初级与次级的匝数比，使输出获得所需要的电压；增加多个不同匝数的次级，获得不同的多路输出电压；为离线供电或高压和低压不能共地提供安全隔离。 开关电源变压器的设计分为电路部分的设计和磁路部分的设计。磁路部分设计的不确定性使它比电路部分的设计要复杂得多。磁路部分的设计，要求设计者拥有全面的理论知识和丰富的实践经验。在磁路部分设计完毕后，还必须置于实际电路中进行整体调试，验证其性能。变压器设计参数的最终确定直接影响到充电器的工作效率、体积和成本，所以有必要对变压器进行合理优化的设计。 6.1 变压器功率的确定 在全桥、半桥、推挽等电路形式中，电路的工作脉冲是双向脉冲，变压器工作时磁芯是双向磁化的。这类变压器磁芯所需的功率容量即为变压器的计算功率，其大小取决于变压器的输出功率和整流电路的形式。变压器的计算功率公式如下： （5.3） 本电路中变压器的输出端为桥式整流，有 (kl，k2)=(po，1)，其中Pi的单位为W，刁为变压器的转换效率，kl，k2为待定常数。 6.2 导磁材料 设计变压器经常用到三种标准类型的导体：即金属箔、绞合线和实心圆线。实心圆导体的有效电阻的增加值最大，这种类型的导体不适宜于高频。金属箔导体和多股绞合线的有效电阻和直流电阻之值的变化则很小。随着金属箔厚度的增加，其有效电阻也会增大，在高频变压器设计中是选用金属箔导体还是多股绞合线作绕组导体，取决于系统设计中的多方面折衷考虑，它包括相对窗口尺寸、窗口的占空系数和绕组的匝数等。目前，在高频变压器的设计中只要频率不是很高一般还是采用实心圆铜线。 同时，磁性材料是影响变压器性能高低的重要因素。目前，常用于高频大功率开关变 第27页（共42页） 电动汽车充电桩的设计 压器的磁芯材料有铁氧体、超微晶合金、非晶态合金、铂镆合金等。功率铁氧体材料是国内电源产品中最常用的磁性材料，在高频下具有很高的电阻率，涡流损耗低；它可以做成多种几何形状的铁芯，对于大功率、低漏磁变压器的设计，用E．E铁芯制成壳式变压器最符合其要求：E．E型磁芯很容易用铁氧体材料制作并且最容易从市场上购买，具有明显的价格优势。综合考虑，智能充电系统采用功率铁氧体作为高频变压器磁芯的首选材料。 总之，充电器满载工作时，输出电压有可能被拉低而达不到指标要求，此时应适当增加变压器的次级匝数。线圈的绕制应尽量减少漏感，漏感太大会造成变压器干扰，使波形质量变差，转换效率低。设计高频变压器必须有耐心，通过理论计算设计出来的高频变压器往往难以达到要求，必须把它放到实际电路中经过测试后再调整其设计的参数，直到变压器在电路中表现出良好的电气特性。 6.3 磁芯输出能力设计 磁芯的设计输出能力用磁芯窗I：21面积Aw与磁芯有效截面积Ae的乘积Ap表示，它反映了变压器输出功率的能力。则有， （5.4） 其中，Ap为磁芯截面积乘积，单位为cm4； Ae效截面积，单位为CM2 Aw为磁芯窗121截面积，单位为CM2； Bm为磁芯工作磁感应强度，单位为T； f为工作频率，单位为Hz； Kw为窗口占空系数(一般取O．2)； Kj为电流密度系数，温升为50℃时，E形磁芯取534，矩形磁芯取468。 6.4 线圈绕组设计 包括初级绕组与次级绕组的匝数，线圈的线径以及线圈的绕制。 首先，按照公式 第28页（共42页） 电动汽车充电桩的设计 (5.5) 计算变压器初级绕组的匝数Nl，其中UI为变压器初级输入电压幅值，单位为V；Ton为初级输入脉冲电压宽度，单位为US。 第二步，按照公式 (5.6) 计算变压器的次级绕组匝数N2。 第三步，计算所需线圈的线径Dxq，它与变压器初级绕组和次级绕组的工作电流和电流密度有关，由于充电系统是高频开关电源，系统工作在20KHz以上，所以必须考虑电流趋肤效应，此时线径应小于2倍的穿透深度。我们设线圈的截面积为S硐，则有 其中，J为电流密度单位是A／cm2，S期单位为cm2，则线圈线径Dxq可表示为 从而线径为 按照上述公式就可计算出所需线径。 第四步，线圈绕制。在设计出需要的线圈之后，需要对线圈进行绕制。线圈绕制 第29页（共42页） 电动汽车充电桩的设计 是变压器设计的重要环节，绕制工艺和方法的微小差别可能会造成变压器性能会有很大改变，绕制时应当使变压器原、副线圈尽可能藕合，以减少漏感。绕组的结构一般有简单结构、初级绕组和次级绕组分段结构、三明治结构，它们对变压器的性能、可靠性都有很大影响。在简单结构中，磁感应电动势随初级绕组匝数的增加而增加，从而使漏电感和临近效应增加。分段绕制结构能够降低磁芯两极间的电势差，平衡和减小漏感及分布电容对变压器输出特性的影响。三明治结构是中间初级绕组，两边次级绕组，或中间次级绕组，两边初级绕组。这种结构会对变压器的散热有很大的帮助，且磁力线在变压器中分布较均匀，所以绕组耦合比较均匀，漏感少，对外界干扰小，这种结构比较适合于大功率变压器，因此充电系统也采用这种结构。 第30页（共42页） 电动汽车充电桩的设计 第七章 三相桥式整流与逆变电路的MATLAB仿真 7.1 三相桥式整流及逆变电路仿真模型 将三相桥式全控整流电路的仿真模型图的负载端添加一直流电源E(DC65V),复感性负载为R=2欧，L=0.01H，去除三项测量电路并去除同步6脉冲触发器的同逆变压器即成为三相桥式全控整流及逆变的仿真模型，如图所示。 三相桥式整流及逆变电路仿真模型 7.2 仿真模型使用模块的参数设置 仿真模型使用模块的参数设置同三相桥式全控整流电路的仿真部分。 7.3 模型仿真及仿真结果 对上图的模型进行仿真，即可得到仿真曲线，如下图。此时，阻感性负载R=2欧，L=0.01H，全控角a分别为300，900,1500，仿真曲线图自上而下一次为负载电流Id，负载电压ud。 由下图可见，当a=300时，变流装置工作在整流状态，负载电压ud虽然波动，但为正值；当a=150时，变流装置工作在逆变状态，负载电压ud为负值波动；负载电流Id方向不变，负载电压Ud方向的变化，使能量传递方向的改变。 0 第31页（共42页） 电动汽车充电桩的设计 第32页（共42页） 电动汽车充电桩的设计 第八章 总结 传统的傅立叶变换分析，对非平稳信号的去噪显得无能为力，因为傅立叶分析是将信号完全在频率域中进行分析，它不能给出信号在某个时间点的变化情况，使得信号在时间轴上的任何一个突变，都会影响信号的整个频谱。小波变换作为一种新的信号时频分析方法，得到广泛的应用和研究，利用小波变换进行信号处理的方法不断涌现出来，它具有多分辨率分析的特点，很适合探测正常信号中夹带的瞬态反常现象并展示其成分，有效区分信号中的突变部分和噪声。因此利用小波变换能有效的对信号进行消噪的同时提取含噪信号。本论文总结了小波阈值去噪方法，并在前人研究成果的基础上，对小波阈值去噪进行了深入的研究，取得了一定的效果。与此同时，本论文在的研究工作仍然存在着许多缺陷有待进一步的完善。 8.1 全文工作总结 8.2 研究中存在的问题及改进思路 参考文献 第33页（共42页） 电动汽车充电桩的设计 致谢 毕业设计期间，自始自终都得到了指导老师和同学们的热切关怀。在此，向所有关心和帮助过我的老师和同学们致以衷心的感谢。 首先，我要感谢我的指导老师——张鹰峰。感谢老师在工作繁忙的情况下仍然关心我们的毕业设计情况，督促我们完成毕业设计。 其次，在毕业设计的过程中，同学们对我的热忱帮助是我能够顺利完成毕设的重要保证。同学们给予我很多帮助，能够与你们同学四年，是我今生的荣幸！ 最后，我衷心的祝愿老师工作顺利，所有的同学们顺利走完大学的作后一程，谢谢！ 第34页（共42页） 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容