大功率电动汽车充电机的设计

2010-08-30 08:43:41来源: 互联网

 

      纯电动汽车以锂电池为动力源,充满电后,以电力做功推动汽车。不同于汽油发动机汽车需要添加汽油,纯电动汽车在电力耗光后通过外置电源对其进行充电,通常单次行驶里程在100~200公里。与传统汽车相比,纯电动车在使用成本上有着无以比拟的优势,百公里约消耗15度电,成本8元,仅相当于汽油发动机汽车成本1/10。目前,国家已着手进行电动汽车和新能源汽车的示范推广,电动汽车充电站则是主要环节之一,必须与电动汽车其他领域实现共同协调发展。

充电模式

  电动汽车能源供给系统主要由供电系统、充电系统和动力蓄电池构成。另外,还包括充电监控、电池管理和烟雾报警监控等。充电机是充电系统的重要组成部分。充电站给汽车充电一般分为三种方式:普通充电、快速充电、电池更换。普通充电多为交流充电,对于容量不超过5kW的交流充电机,输入为额定电压220V、50Hz的单相交流电,对于容量大于5kW的交流充电机,输入为额定线电压380V、50Hz的三相交流电。将交流插头直接插在电动汽车充电接口,充电时间大约需要4~8小时。快速充电多为直流充电,直流充电机输入为额定线电压380V、50Hz的三相交流电,输出电压一般不超过700V,输出电流一般不超过700A。交流输入隔离型AC/DC充电机的输出电压为额定电压的50%~100%,并且输出电流为额定电流时,功率因数应大于0.85,效率应不小于90%。

  充电机应能够保证在充电过程中动力蓄电池单体电压、温度和电流不超过允许值。充电机应具备防输出短路和防反接功能。充电机至少能为以下三种类型动力蓄电池中的一种充电:锂离子蓄电池、铅酸蓄电池、镍氢蓄电池。

  动力电池组充电模式采用“恒流―恒压”两阶段充电模式。充电开始阶段,一般采用最优充电倍率(锂离子电池为0.3C)进行恒流充电。(C是电池的容量,如C=800mAh,1C充电率即充电电流为800mA)在这一阶段,由于电池的电动势较低,即使电池充电电压不高,电池的充电流也会很大,必须对充电电流加以限制。所以,这一阶段的充电叫“恒流”充电,充电电流保持在限流值。随着充电的延续,电池电动势不断上升,充电压也不断上升。当电池电压上升到允许的最高充电电压时,保持恒压充电。在这一阶段,由于电池电动势还在不断上升,而充电电压又保持不变,所以电池的充电流呈双曲线趋势不断下降,一直下降到零。但在实际充电过程中,当充电电流减小到0.015C时,说明充电已满就可停止充电。这一阶段的充电叫“恒压”充电,这一阶段的充电电压:U=E+IR为恒压值。这是锂离子动力电池组对充电模式的基本要求。此外,充电系统还必须具有自动调节充电参数、自动控制和自动保护功能。尤其在恒压充电阶段,如果单体电池的充电电压超过允许的充电电压时,充电机应能自动减小充电电压和电流,使该电池的充电电压不超过允许的充电电压,防止该电池过压充电。充电过程及充电电压、电流的变化如图1所示。

图1 充电曲线(n为电池组中串联的单体电池个数)


  根据电池的充电特性和电动汽车动力电池组的充电要求,常用充电设备为充电机,可分为直流充电机和脉冲充电机两类。直流充电机就是把电网电源经过整流滤波后隔离稳压输出直流电源,供给动力电池组进行充电。目前使用最多的直流充电机是高频开关电源充电机。它具有体积小、重量轻、工作可靠、效率高、功率因数高、电网适应能力强、功率可小可大,容易实现智能化等优点。脉冲充电机可以减少电池在充电时产生的极化现象,从而提高电池的充电效率,减少充电时间,实现快速充电,但脉冲充电器技术有待进一步研究。

  电动汽车充电时间长,充电难是电动汽车推广应用的一个难题。以一辆大型锂动力电动大巴为例,配置电池容量700Ah。最大充电电流210A(相当于700AH电池容量的0.3C充电率),最高充电电压700V(相当于165只最高充电电压4.2V左右的锂电池单体串联电压),那么需要充电器的最大输出功率为245kW。按最优充电要求对电动汽车充电的充电时间,至少需要3小时。因此,电动汽车的充电方式不能像燃油汽车在加油站加油那样进行充电。如果20分钟快速充满电,至少要用3C的充电倍率进行充电,这对于磷酸铁锂锂离子电池来说是可能的。

  综上所述,电动汽车的充电还是采用普通充电为主、快速补充充电为辅的充电方式。对于电动公交车而言,充电站设在公交车总站内。在晚间下班后利用低谷充电,时间5~6小时。全天运行的车辆,续驶里程不够时,可利用中间休息待班时间进行补充充电。充电器的数量和容量根据车队的规模而定,充电站由车队管理。例如,12辆大型锂动力电动大巴需要12台充电机。快速充电时,可用6台充电机并联充电,最大输出功率为1470kW,最大充电电流2100A(相当于700AH电池的3C充电率)。或者用8台充电机平时为8辆电动车辆充电,每台输出最高充电电压700V,最大充电电流500A(相当于700AH电池用量0.7C的充电率)。1C~3C的快速充电模式,已经在探讨应用,但应确保在电池的安全和使用寿命的前提下进行。按照上述充电机的最大功率配置,电力变压器有效总功率约为3000kW以上。

  

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关键字:电动汽车  锂电池  充电机  设计

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2010/0830/article_2488.html
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