电动汽车充电桩充电策略设计

电动汽车充电桩充电策略设计【完整版】（文档可以直接使用，也可根据实际需要修订后使用，可编辑放心下载）电动汽车充电桩充电策略设计何盼盼 1，曹以龙1上海电力学院 电子与信息工程学院，上海 200090摘 要：为了实现通用型电动汽车充电桩对电动汽车的快速充电，研究了电动汽车各种充电方法以及蓄电池 SOC 检测方法，给出了充电拓扑图。通过采样电动汽车蓄电池端电压、电流以及温度等判断充电模式，采 用恒流、带放电脉冲和低恒压充电三种结合的方式对蓄电池进行充电。通过仿真，验证了快速充电的合理 性。关键词：电动汽车；快速充电；SOC中图分类号：文献标志码：A文章编号：Design of Charging Method for Charging Pile ofElectric VehicleHE Panpan1，CAO Yilong1(School of Electronic and Information Engineering，Shanghai University of Electric Power，Shanghai200090,China)Abstract：In order to achieve fast charging of universal electric vehicle charging piles for electric vehicles. This paper gave the charging topology of the battery after studying a variety of charging methods of battery and detection methods of SOC. Determine the charging mode by sampling the terminal voltage, current, and temperature of the battery Charge the battery through a combination of the three following methods : constant current charging, low constant voltage charging and charging with discharge pulse .By simulating, fast charging was verified to be reasonable.Key words：electric vehicle; fast charging; SOC1随着能源与环境问题的日益严重，国家越来越重视电动汽车的快速开展1，适用于电动汽车的蓄电池种类也越来越广泛，迫切希望研究出可针对多种蓄电池充电的通用高效型电动汽车充电站。目前国内外已有的充电方式中恒流充电适用性强，但是前期电流小，充电时间长，能耗高；恒压充电最接近于充电电流曲线但是前期电流较大，对电池损坏严重；脉冲式 充电析气小不发热，大大缩短了充电时间；间歇充电能量效益高，速度快。结合各种充电方 法的优缺点，本文设计了一款通用型电动汽车用智能充电机，对于任意类型和任意状态的电 动汽车用蓄电池，充电机可以检测其所处的状态，结合电池状态选择适宜的充电方式，控制 输出电流，有效的减少气体的析出，提高充电效率，减少充电时间，防止蓄电池由于充电电 流过大而报废。1充电站总体设计1.1充电站主电路框图结构图1为充电站主电路设计框图，首先从电网上获取三相交流电，经过三相电压型PWM整 流器整流以后变成直流,再将直流通过DC/DC变换转化为蓄电池充电所需要的电压值从而对 蓄电池进行充电。图1充电站主电路设计框图1.2充电方式根据马斯提出的蓄电池最正确充电曲线结合各种充电方法的有优缺点，选择适宜的充电 方式。在蓄电池充电初期电压较低，可接受的充电电流较大，选择电流较大的恒流一般为 1C，这里C是指电池容量，例如12Ah容量的电池用12A放电那么放电率就是1C充电保证在 较短的时间内获得大量的电量。当电压到达设定值以后改为带放电的脉冲充电（充电电流一 般为1-3C，放电电流一般为2-5C）,当电池电量接近充满时改为低恒压充电以弥补由于蓄电 池自放电而减少的电量。这里采用恒流、脉冲、低恒压三种相结合的方式对蓄电池进行充电 可有效减少充电时间，提高充电效率。对充电曲线图如图2所示。图2 蓄电池充电电流曲线图1.3 蓄电池 SOC 检测方法在目前已有的SOC检测方法中放电实验法只适用于电池检修;开路电压法需要较长的静 置时间；内阻法精度很难提高；安时法存在累积误差；卡尔曼滤波对噪声有很好的抑制作用。 因此本文采用安时法2和卡尔曼滤波法3结合估算蓄电池SOC可以减少误差实现最优估算。 安时法是最常用的SOC估算方法，充电初始电池剩余电量为SOC，那么当前状态的剩余电 0量为1SOC = SOC - Jt耳 i(t)dt0C0n其中c为电池额定容量，i(t)为电池瞬时电流，n为库伦效率系数。卡尔曼滤波算法结n构流程图如下列图3：注：Ak -系统矩阵；Bk -输入矩阵；Ck -测量矩阵；uk-电池电流等参数；yk -电池工作电压；wk、vk -高斯白噪声。 kkkkkk k图3 卡尔曼算法结构图SOC 为系统状态的分量。对1进行零阶保持采样离散化后得到系统状态方程：z = z -(罟)ik+1 k C kn式中z为k时刻电池的SOC,结合电池的模型预测估计蓄电池电压如下:kky = k 一 Ri 一 i 一 k z + k ln(z ) + k ln(l z ) + v k 0 k z 2 k 3 k 4kk其中 y 为电池负载电压， i 为电池负载电流， R 为电池内阻， kkk03k 、 k 、k 、123均为电池模型的模型系数。结合23式用卡尔曼滤波法直接递推估算出蓄电池SOC。1.4 停充控制方法在蓄电池快速充电过程中，在电池充满电后，如果仍然继续充电，电池的温度将迅速上 升，同时端电压会有所下降，所以为了保证电池能充足电又不过充电，本文采用温度控制和电压负增量控制相结合的综合控制方法控制蓄电池停充，可简单表述如下：T T ； Au / At =给定值1?:Y1-带放电脉冲充电电池电压 =设定值2？IYI低恒霁电电池温度设定值and电压增量0?充电结束结束图6 动力电池充电软件流程图5 实验结果根据上诉通用型电动汽车充电桩结构，在Matlab/Simulink中对其进行仿真，设定电池 额定电压为12V,电池额定容量为27Ah，初始SOC为0,开始使用27A恒流对其充电，当电 池电压到达设定值13.4V这里电压设定值为经验值，转化为正脉冲为54A的脉冲充电。 充电蓄电池SOC随时间变化以及电池电压随时间变化情况如图7ab0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 t/s00500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000t/s图7a电池电压随时间变化曲线图7b蓄电池剩余电量随时间变化曲线6结语本论文设计了蓄电池快速充电的总体方案。用Matlab建立了蓄电池快速充电模型，运 行结果说明，选用恒流充电与脉冲充电以及低恒压充电相结合的方法可有效节省蓄电池的充 电时间。参考文献：1 鲁莽，周小兵,张维国内外电动汽车充电设施开展状况研究J.华中电力，2021,5(23)： 16-20.2 何永学，郑敏信.基于STM32电池管理系统的SOC估算方法研究J.电力电子技术,2021,4(48):27-30.3 周凯.电动汽车动力锂离子电池SOC检测技术的研究和开发D.广州：华南理工大学,2021.4 蔚兰，岳燕，刘启中等.电动汽车蓄电池充放电装置控制系统设计J.电力电子技术,2021,9(43):69-71.5 王迎迎，冯冬青,赵洪蕊.通用型电动汽车蓄电池智能充电机设计J.电源技术,2021,8(35):922-925.