電池充電器的基本原理

　　電動汽車充電器是根據(jù)輸出功率/輸入電壓分類的。一類充電器通常整合在電路板上，輸入的是95V至265V的交流電壓，充電能力在1.5kW和3.3kW之間。專用的二類和三類充電器工作于240V/480V配線系統(tǒng)，能夠以快得多的速率完成充電，但限于汽車電池和連接器約束范圍內(nèi)。例如，SAE J1772是目前北美地區(qū)唯一獲得批準的電動汽車連接器標準，功率限制為16.8kW以下。

　　與用于可攜式電子設備的電池不同，汽車級電池可以適應大得多的充電電流，不會影響電池壽命或接近熱失控。充電器的C額定值被定義為流入電池的電流，正比于用安培/小時為單位測量的電池容量。例如，1C充電器將以1A的電流為1Ah電池充電。

　　雖然傳統(tǒng)的鋰離子電池可能限于1C，但一些汽車電池可以用遠高于這個限值的電流充電，從而縮短再次充電時間。事實上，工作在480V/三相電壓的大功率三類充電器（例如Aker Wade Power Technologies3和其他公司開發(fā)的產(chǎn)品）給電動汽車電池充電的時間與加滿一箱油的時間相近。

　　請注意，電動汽車的電池容量一般是用千瓦/時表示，通過將千瓦/時額定值除以標稱電池平坦電壓可以將它松散地關聯(lián)到電池的安培/時額定值。作為參考點，Nissan Leaf公司整合的一款3.3kW充電器需要用8個小時時間將一個24kW的電池從10%充電到滿充狀態(tài)。

　　另外需要注意的是，電動汽車電池的放電深度影響電池單元壽命，因此這種電池在充電周期開始時通常需要保留至少10%的電池容量。

　　充電器的架構設計

　　板載充電器必須符合嚴格的電磁兼容性、功率因子和UL/IEC安全標準方面的工業(yè)和政府法規(guī)要求。與所有其它的鋰化學工業(yè)一樣，電動汽車推進電池充電器采用？寧y、？睎？（CC/CV）充電算法，電池先被可程序設計的電流源充電，直到它達到電壓設置點，然后轉入穩(wěn)壓階段，同時監(jiān)視電池電流作為充電周期完成的指示。

　　充電電流（功率）由BMS、混合控制模塊（HCM）和電動汽車服務設備協(xié)商確定，具體取決于使用的輸入電壓、溫度和電池SOC/SOH以及受HCM監(jiān)視的其它系統(tǒng)考慮因素。這種控制算法的安全性和容錯性一點也不能打折扣。

　　合適的電源架構涉及交錯式功率因子校正（PFC）和隨后的相移全橋電路，如圖2所示。控制回饋參數(shù)由微控制器數(shù)字化。這個微控制器能夠以數(shù)字方式關閉多個控制環(huán)路，并精確地調變高壓MOSFET開關。

　　圖2：連接交錯式PFC和相移橋的數(shù)字控制接口。

　　集中和高度智慧的控制機制可以滿足模擬技術不容易解決的許多問題。

　　更先進的微控制器整合有協(xié)處理器（控制律加速器）和多個高分辨率脈寬調變器（PWM），前者用于加速控制環(huán)路傳輸函數(shù)的運算，后者能夠控制功率開關在150ps內(nèi)。這種架構能夠動態(tài)適應線路和負載的變化，記錄系統(tǒng)操作參數(shù)數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)前瞻性的無差錯算法，同時通過地氣隔離的控制局域網(wǎng)絡智能地連接所有其它汽車子系統(tǒng)。

　　最近在數(shù)字電源方面的發(fā)展使得這種方法更加可行，更具成本效益、可擴展性，并且更適合電動汽車中的大功率多相位應用。

　　有經(jīng)驗的軟件設計師可以免費使用針對數(shù)字補償和實際上每種電源拓撲的大型且可擴展模塊化軟件庫進行整合；另外還能獲得與數(shù)字和模擬電源解決方案作對比的測試報告。例如，考慮圖2所示的兩相交錯式PFC功能。PFC升壓開關受實現(xiàn)多模式PFC的PWM1控制，可以產(chǎn)生電池充電器的兼容電壓。

　　從圖3可以明顯看出這種拓撲的適應性，其中的數(shù)字補償和相位管理模塊在軟件控制下是可變的。采用數(shù)字技術還能使系統(tǒng)不易受噪聲和溫度的影響，同時智能地同步電源級電路，使干擾最小，并優(yōu)化濾波器設計。

　　圖3：大功率PFC方法的軟件模塊化程序設計。

　　圖3為升壓PFC的完整代碼模塊。相似代碼構造可以用零電壓開關實現(xiàn)相移橋，從而使轉換器開關損耗達到最小，同時提高效率。