摘 要

本文在直流充电桩的设计上针对了实用性，为了保护电池设计了合适的充电方式，并将主流的三段式充电用于充电桩的设计上。首先是整流设计，然后是围绕Mosfet采用电压电流双闭环控制思想实现三段式充电设计。电流负反馈控制环的搭建与工作原理，最终的输出效果满足三段式充电的恒流充电；电压负反馈控制环的搭建以及其工作原理，最终输出效果满足三段式充电的恒压充电；涓流负反馈控制环的搭建以及其工作原理，还有配合到电力Mosfet的GS栅源电压差值在控制饱和导通电流来进行涓流控制实现三段式的涓流恒压充电阶段。三个控制环的有效级联配合加以判定条件最终成就了整个直流充电桩的设计的控制部分，完成了三段式充电的自动控制效果。

关键词：直流充电桩，整流设计，电流电压双闭环控制，Mosfet，三段式充电

ABSTRACT

In this paper, the design of DC charging pile is designed for applicability, and i was looking for a suitable way of charging to protect the battery. I design a mainstream way which called three-stage charging for the charging pile. At first I finish the rectification design and then through Mosfet I use voltage and current dual-loop control to achieve three-stage charging design. Current negative feedback control loop achieve the aim of constant current charging in the three-stage charging and Negative voltage feedback control loop achieve the aim of constant voltage charging in the three-stage charging. Trickle negative feedback control loop achieve the aim of constant trickle charge stage of the three-stage charging. At the same time, Mosfet gate-source voltage make a difference on saturated conduction current. Entire DC charging pile design is finished by three control loops having an effective cascade.

Keywords: DC charging pile, Rectifier design, Current and voltage dual-loop control, Mosfet, Three-stage charging

目录

第1章 绪论 1

1.1研究背景及其意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1国外研究现状 1

1.2.1国内研究现状 2

1.3本文主要内容以及章节结构 2

1.3.1本文主要内容 2

1.3.2论文结构 3

第2章 整流电路 5

2.1单相桥式全控整流电路 5

2.2单相桥式半控整流电路 6

2.3单相桥式不可控整流电路 7

第3章 三段式充电 9

3.1基本概念 9

3.2三段式充电方式 9

3.2.1电池保护 9

3.2.2充电效率 10

第4章 采用电压电流双闭环控制实现三段式充电 13

4.1电流闭环负反馈控制 13

4.1.1电流闭环负反馈控制思想的含义 13

4.1.2电流闭环负反馈控制环的设计 13

4.2电压闭环负反馈控制 14

4.2.1电压闭环负反馈控制原理 14

4.2.2电压闭环负反馈控制环的设计 14

4.3涓流充电闭环负反馈控制环设计 14

4.3.1涓流充电闭环负反馈控制原理 14

4.3.2涓流充电闭环负反馈控制的设计 15

第5章 充电桩整体仿真电路的搭建 17

5.1仿真电路结构设计 17

5.2 Subsystem构成的负反馈控制分析 18

5.3仿真结果验证分析 21

第6章 总述与研究展望 23

6.1总述 23

6.2研究展望 23

参考文献 24

致谢 25

第1章 绪论

1.1研究背景及其意义

近年来各国一直在倡导可持续发展战略，因为我们无论技术再先进也是解决不了一次能源的不可再生这一根本性质。地球上的一次能源越来越少这是非常严峻的问题。而现在生活中人民生活水平逐步提高，汽车已成为每个家庭必备的交通工具，因此燃料汽车的能源供给需求很大，供不应求是目前很大的问题。再次，回顾石油的开采历程，我们由最初的田地开采到海洋开采，可见石油的开采难度越来越高，成本也越来越大。以上述的问题分析，随着一次能源的减少的同时开采难度的提高，在交通运输领域中燃料汽车的地位应会逐步减退，我们需要开发以其他能源为动力的交通工具。而电动汽车作为以二次能源电能为驱动能源的特点就发挥优势，而充电桩作为电动汽车的附属品也是迫切需要研发的。同时我国在电能的研发路上由最初的煤炭发电到以三峡为代表性的水力发电的时代，电能在短期内的供应来源是很广的，电能推广到交通工具上使用，短期内是完全符合可再生发展战略的。在另一方面，随着温室效应逐步加强，全球环境保护协会一直在强调低碳生活，而汽车尾气一直是他们所诟病的问题。相比之下电动汽车作为零排放的绿色交通工具必然是逐步淘汰燃力汽车的。充电桩是解决电动汽车电池电力维持的必要工具，如何提高电动汽车电池的充电效率是它的主攻方向。而目前主流的交流充电桩输出功率大约为220V/5KW，功率较低这是一个问题，同时最严峻的问题是需要配合车载充电机才能完成对电池的充电，这样在以后的发展是十分不利的。功率受限于车载充电机的规格这是交流充电桩最大的缺陷。相比之下直流充电桩由于具备完整的整流、滤波以及充电回路可直接为电动汽车的电池充电，输入的电压和电流通过电力电子的AC/DC转换技术，可调范围大，因此可以实现电动汽车快速充电。而且整流电路和充电回路设计在充电桩上，使得之后的电动汽车的发展不需要浪费资源在车载充电机的布局上，无论从什么方面考虑都是有好处的。可见直流充电桩首先在提高充电效率方面上有了质的飞越，同时把过去电动汽车和车载充电机独立分开，将电动的汽车的充电系统与用电系统完全独立，这也有利于混合动力的汽车的设计，将是电动汽车普及化很大的一步跨越，充分突显出直流充电桩的现实研究意义。

1.2国内外研究现状