电动汽车车载充电及DC/DC一体化技术研究及样机设计

杨杭旭

（浙江金华职业技术学院，浙江 金华 321017）



电动汽车车载充电及DC/DC一体化技术研究及样机设计

杨杭旭

（浙江金华职业技术学院，浙江 金华 321017）

摘 要：结合目前电动汽车充电装置主要是单一的车载充电以及DC/DC系统，文章提出了一种将车载充电与DC/DC进行一体化集成的理念，并完成了样机的设计。最终通过试验结果表明：①该集成控制器的效率并不低于单独充电以及DC/DC系统；②该技术节约了成本，减轻了重量，大大推进了电动汽车集成化、小型化技术的发展。

关键词：车载充电；DC/DC；一体化；样机设计

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.04.033

CLC NO.: U463.33Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)04-98-03

引言

目前市场上的电动汽车车载充电机和车载DC/DC都是两套独立系统，每一套系统都有独立的电子零部件和散热外壳，成本高同时占用车辆总布置空间，不利于车辆轻量化和成本控制；对此，曾也有部分厂家出于电动汽车轻量化的考虑，把车载DC/DC和车载电机驱动控制器集成到一起，共用一套散热系统，可以有效减轻部分重量，但无法做到最佳效果。车载驱动电机控制器是电机驱动电路，而车载DC/DC是开关电源电路，两套电路无法兼容合用，并且同时工作无法错开；车载充电机和车载DC/DC工作可以错开，因为两者都是开关电源系统电路。因此，在设计时如果电压参数选择合理，可以考虑共用一套开关电源系统，共用一套散热系统，即利用一套开关电源合并两套系统，大大节约了电子零部件和材料成本，减轻整车重量。本文尝试并设计了一种电动汽车车载充电及DC/DC一体化集成控制器，实现了集成充电技术，提高效率的同时降低了成本。

1、总体技术路线设计

基于从电动汽车充电时不能行驶，行驶时不能充电的特点考虑，本项目对车载充电机和车载DC/DC系统进行了整合，搭建了电动汽车车载充电机及车载DC/DC一体化集成系统，取消了车载DC/DC，将其功能有机整合到了车载充电机中。搭建技术方案如图1所示。

图1　技术实现原理框图

系统实现两种模式的切换：

（1）工作在充电模式

当车辆使用后停在充电桩时，充电插枪插入充电座，BMS通过CC确认信号后，通过CAN通讯传输数据给车载充电机和DC/DC控制器，车载充电机机和DC/DC控制器吸合K1，工作在充电机状态，BMS吸合K2，系统给高压动力电池充电。

（2）工作在DC/DC模式

当车辆充电插枪拔出后，车辆点火开关打到“ON”，车载充电机和DC/DC控制器K1常闭点接通高压动力电池充电，K2断开，工作在DC/DC状态，系统给12V蓄电池充电。

2、主要部件设计

2.1 硬件主电路设计

要实现系统功能，对主电路的设计至关重要。在分析了常用充电电源（即开关电源、相控电源、线性电源）各自优缺点的基础上，本文采用了高频开关电源进行了设计，设计的主电路包括DC/DC全桥功率变换电路、三相桥式整流电路，具体如图2所示。

图2　充电主电路图

将220V家用电做为输入，通过三相桥式整流电路进行整流，得到的直流电经过处理后送入由Q1、Q2、Q3、Q4等组成的DC/DC功率变化电路形成高频脉冲，将信号进行降压后送入整流电路进行整流，最后将信号进行滤波，形成汽车上所需要的12V低压直流电。

2.2 充电软件主程序设计

本文的充电软件主程序是基于TMS320F2812控制器在CCS编译环境下进行开发，采用了模块化的程序设计，主充电程序框图如图3所示。

图3　主充电程序框图

在充电及DC/DC集成系统开始工作后，首先进行AD模块以及芯片内管理模块初始化，同时允许驱动功率保护、定时器1、实时时钟中断。之后开关中断，实时时钟中断程序在设定时间到后将会中断，即如果中断1结果为Y，则定时器1中断服务程序；驱动保护在功率中断保护结果为Y时将中断程序，为N时执行充电子程序。在充电进行一段时间内，根据蓄电池状态来判断是否充满电，若充满电则切断主电路、充电结束。

3、样机实验结果分析

本文集成控制器的样机如图4所示。

图4　集成控制器样机

对样机进行了试验，并同独立充电器进行了对比，得到结果如表1所示。

表1　试验对比数据

通过试验对主要参数的对比分析可看出，本文的车载充电及车载DC/DC集成控制器在减轻整车质量的前提下，在充电效率、充电功率、功率因素等方面均要由于独立车载充电器，性能优良。

4、结论

本文介绍了一种车载充电及车载DC/DC集成控制器，搭建了总台技术路线以及核心软、硬件电路。样机的试验结果表明，该集成控制器具有较高的充电效率，符合电动汽车集成化、轻量化发展趋势。目前，该充电器已经国内诸多电动汽车品牌中进行应用，运行稳定，有一定的推广应用价值。

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中图分类号：U463.33

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2016)04-98-03

作者简介：杨杭旭，硕士，目前从事汽车电控、汽车振动控制方面研究。

Research and Prototype Design of Electric Vehicle Charging and DC/DC Integrated Technology

Yang Hangxu
( Zhejiang Jinhua professional technology institute Zhejiang Jinhua 321017 )

Abstract:Combined with the current electric vehicle charging device is mainly a single vehicle charging and DC/DC system, the paper puts forward a kind of integrated integration of the concept of vehicle charging and DC/DC, and completed the design of the prototype. Finally through the test results show that: ①The integrated controller for the efficiency is higher than that of a separate charge and DC / DC system; ②the technology cost savings, reduce weight, greatly promoting the development of electric vehicle integration and miniaturization technology.

Keywords:Vehicle charging; DC/DC; integration; prototype design