电动汽车充电器的设计

EV /HEV 纯电动和混合电动汽车充电器的设计

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设计背景

1、汽车用化石能源石油资源的日益枯竭是不可逆转的趋势。

2、化石能源使用所带来的大气污染和温室气体对地球环境造成不可逆转的影响。

3、传统内燃机驱动汽车的能源利用率很低, 现在最高效的柴油机的能量转换效率为45%,汽油机的转换效率更低. 矿物燃料发电的转换效率约70%,假设电池充电效率90%,车辆传动效率为90%,则用电网电能驱动的纯电动汽车的效率可达58%。

5、目前纯电动汽车的发展主要受电池等储能技术的制约. 制约因数有:

  1）能量密度低.最高的锂离子电池的能量密度为150W.H/KG,汽油为10000~12000W.H/KG. 一辆携带50KG汽油的汽车可以行驶600千米以上,而同类的电动汽车携带400KG的铅酸电池一次充电只能行驶100千米左右。

   2）快速充电接受能力差

设计注意事项

    插入式混合电动车 (PHEV) 和电池电动车 (BEV) 是两项快速兴起的技术，可使用功能强大的电机和高电压电池组作为动力和能量来源。由于电池的电量有限，PHEV 和 BEV 必须定期再充电，而这通常通过以某种形式连接到电网来进行。对于大多数用户，1 级充电（15A-20A 时为 120 VAC）将是最可用的电源，由于所有用户都可轻松接触板载充电器，因此应能够处理所有板载充电器。在其当前状态下，多数用户喜欢利用更快的 2 级充电（40A 时为 240 VAC）。相比 1 级充电，2级充电的充电时间更短，但需要更大的电源来供应相应的电流和电压。通过能够同时利用这两种充电，您在充电选项上为客户提供了更大的灵活性，以及更多可提供充电的位置。

    用于这些汽车的 1 级和 2 级充电系统包含一个 AC / DC 转换器，可从 AC 线产生 DC 电压。这些输入电源需要经过功率因数校正 (PFC) 来提升功率因数以符合地区法规标准。反向器的核心是实时 C2000 微处理器。此控制器被编程为执行控制环路以实现所有必需的电源管理功能，包括具有 PFC 的 AC/DC 和 DC/DC 以创建必需的电池充电配置文件。C2000控制器包含先进外设，例如高精度 PWM 输出和 ADC，可读取 ADC 并在单个时钟周期内调节 PWM，从而实现实时控制。

    为安全起见，还需要隔离处理器和电流与电压，以及连接外界的通信总线。TI 数字隔离器具有逻辑输入和输出缓冲器，它由可提供 4kV 隔离的 TI 二氧化硅 (SiO2) 隔离势垒进行隔离。当与隔离电源配合使用时，这些器件可以阻止高电压、隔离接地以及防止噪声电流进入本地接地和干扰或损害敏感的电路。高性能模拟部件还可提供重要系统的功能，例如MOSFET 驱动器、传感器反馈、芯片电源和通信收发器。

    1 级和 2 级板载充电系统的通信特定于应用。它取决于消费者是否需要此类系统来连接到电网。1 级充电在公共领域可能不太常见，而在家用充电领域最广泛。另一方面，2 级充电将受益于电力线通信 (PLC) 集成或无线协议，在充电站和公用事业公司之间实现直接通信。这两种充电级别都为用户提供了连接到智能仪表类型应用或将数据记录到其家庭局域网络(HAN) 的选项，通过 PLC 或无线协议用于个人用途。其他通信选项为用户提供更出色的灵活性，以便充分利用插入式汽车的全部优势。

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