电动汽车车载充电机原理分析及仿真验证

《电动汽车车载充电机原理分析及仿真验证》论文发表期刊：《技术与市场》；发表周期：2021年05期

《电动汽车车载充电机原理分析及仿真验证》论文作者信息：杨洁（1994-），男，湖南张家界人，硕士研究生，助理工程师，研究方向：轨道交通储能系统。

　　摘要：以电动汽车的车载充电机为研究对象，分析车载充电机所使用的全桥隔离型DC/DC电路的拓扑结构和工作原理，根据车载蓄电池组的特性采用电流和电压闭环控制，实现对蓄电池的恒流和恒压2种不同方式的充电。最后利用仿真软件MATLAB/Simulink搭建了整个系统的仿真模型，对充电机及其控制策略进行了验证。

　　关键词：充电机;全桥隔离型DC/DC电路;蓄电池;闭环控制策略

　　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

　　电动汽车的车载充电机是连接车辆高压母线和低压母线的核心设备，其主要作用就是将动力电池输出的高压直流转换为低压直流，为车辆的辅助设备供电，同时给车载蓄电池充电。目前的新能源电动汽车车载充电机大多采用隔离型全桥DC/DC电路作为主拓扑结构，其特点是电压变换范围宽且抗干扰能力强，由于使用隔离变压器，将高压侧和低压侧进行电气隔离，保证充电机的安全可靠。

　　1主电路原理

　　全桥隔离型DC/DC电路拓扑如图1所示，其中，，为输入侧直流电源，对应有轨电车中储能电源的输出电压。Q-Q四支IGBT开关管构成一个H全桥，Q2和Q，组成超前桥臂，

　　02和Q2组成滞后桥臂，每个桥臂的2根开关管互补导通，驱动信号相差1800，2个桥臂之间的导通角相差一定的相位，通过调节移相角的大小来改变输出的电压幅值。电感1，为谐振电感包含隔离变压器T，原变的漏感，变压器副变连接整流二极管D，和D，L，和C，构成的滤波电路使得整流得到的高频脉动电压变为平滑的直流电压。

　　2蓄电池充电特性

　　汽车通常采用12 V或者24 V的铅酸蓄电池组作为辅助，电源，以德国荷贝克的44 Ah的蓄电池为例，蓄电池单体额定电压为2V，整个蓄电池组为12节电池单体串联，总的额定电压为24 v，实际工作电压在20-30 v.蓄电池单体的充电特性如图2所示，蓄电池的充电分为恒压限流和恒压浮冲两个阶段。

　　3充电控制策略

　　蓄电池的充电流程如图3所示，首先以44 A的电流对电池进行恒流充电，判断蓄电池端电压是否大于28.2 v，如果满足条件，就进入恒压匀冲阶段：一直到蓄电池的充电电流小于

　　4.4 A后，最后进行恒压浮冲。

　　为了满足蓄电池的充电需求，充电机采用的控制策略框图如图4所示，其中为负载输出端的电压，为电池的充电电流。u和，分别为系统所设定的DC/DC变换器输出参考电压和蓄电池充电的参考电流。采样的实际值和参考值比较之后的误差值输入PI调节模块，经过P1算法得到控制H桥开关管Q1Q，与Q2、Q，开关管之间的移相角度0的大小，其范围为[-π，π]。最后通过模式判断，来进行恒压和恒流2种闭环控制策略之间的切换。

　　4仿真分析

　　根据上述分析的充电机所采用全桥隔离型DC/DC变换器电路的工作原理和控制策略，利用MATLAB/Simulink模块搭建了有轨电车充电机系统的仿真模型如图5所示，通过控制输出的电压和蓄电池充电电流的大小，验证全桥DC/IDC电路控制策略的可行性和正确性，系统主要参数如表1所示。

　　整个仿真时长为4s，由于时间较短，为了得到蓄电池电量充满之后从恒流充电转换到恒流压浮充的模式企切换过程的充曲线，设置蓄电池SOC为99%。仿真结果如图所示，恒流充电阶段(0-2s)蓄电池的电流为恒定的44 A，蓄电池的电压缓慢上升，直到蓄电池电压达到29 V后切换大恒压浮充阶段

　　(2-4s)，充电机输出电压下降到27 v，同时蓄电池的电流降到0A左右，与前述理论一致。

　　5结语

　　介绍新能源汽车车载充电机主电路的拓扑结构，对其使用全桥隔离型DC/DC电路工作原理进行了详细分析，根据车辆蓄电池的充电特性曲线，制定了充电机的控制流程和策略，最后通过仿真验证了控制策略的合理性和可行性。

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