《電動汽車車載充電機原理分析及仿真驗證》論文發表期刊：《技術與市場》；發表周期：2021年05期

《電動汽車車載充電機原理分析及仿真驗證》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：軌道交通儲能系統。

　　摘要：以電動汽車的車載充電機為研究對象，分析車載充電機所使用的全橋隔離型DC/DC電路的拓撲結構和工作原理，根據車載蓄電池組的特性采用電流和電壓閉環控制，實現對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搭建了整個系統的仿真模型，對充電機及其控制策略進行了驗證。

　　關鍵詞：充電機;全橋隔離型DC/DC電路;蓄電池;閉環控制策略

　　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

　　電動汽車的車載充電機是連接車輛高壓母線和低壓母線的核心設備，其主要作用就是將動力電池輸出的高壓直流轉換為低壓直流，為車輛的輔助設備供電，同時給車載蓄電池充電。目前的新能源電動汽車車載充電機大多采用隔離型全橋DC/DC電路作為主拓撲結構，其特點是電壓變換范圍寬且抗干擾能力強，由于使用隔離變壓器，將高壓側和低壓側進行電氣隔離，保證充電機的安全可靠。

　　1主電路原理

　　全橋隔離型DC/DC電路拓撲如圖1所示，其中，，為輸入側直流電源，對應有軌電車中儲能電源的輸出電壓。Q-Q四支IGBT開關管構成一個H全橋，Q2和Q，組成超前橋臂，

　　02和Q2組成滯后橋臂，每個橋臂的2根開關管互補導通，驅動信號相差1800，2個橋臂之間的導通角相差一定的相位，通過調節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，構成的濾波電路使得整流得到的高頻脈動電壓變為平滑的直流電壓。

　　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，整個蓄電池組為12節電池單體串聯，總的額定電壓為24 v，實際工作電壓在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的電流對電池進行恒流充電，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，最后進行恒壓浮沖。

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

　　4仿真分析

　　根據上述分析的充電機所采用全橋隔離型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系統的仿真模型如圖5所示，通過控制輸出的電壓和蓄電池充電電流的大小，驗證全橋DC/IDC電路控制策略的可行性和正確性，系統主要參數如表1所示。

　　整個仿真時長為4s，由于時間較短，為了得到蓄電池電量充滿之后從恒流充電轉換到恒流壓浮充的模式企切換過程的充曲線，設置蓄電池SOC為99%。仿真結果如圖所示，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，直到蓄電池電壓達到29 V后切換大恒壓浮充階段

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

　　5結語

　　介紹新能源汽車車載充電機主電路的拓撲結構，對其使用全橋隔離型DC/DC電路工作原理進行了詳細分析，根據車輛蓄電池的充電特性曲線，制定了充電機的控制流程和策略，最后通過仿真驗證了控制策略的合理性和可行性。

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