电动汽车车载光伏充电系统设计与实现

宛东

【摘  要】随着新能源汽车技术的不断发展，将光伏系统应用到电动汽车充电系统中不仅能够缓解电动汽车电池组长期充电不能完全充满而带来的寿命问题，而且还可以达到提高电动汽车续航里程、节约能源的效果。因此，结合实践调查，提出设计一种电动汽车车载光伏充电系统，以此满足电动汽车发展的要求。

【Abstract】With the continuous development of new energy vehicle technology， the application of photovoltaic system in electric vehicle charging system can not only alleviate the life problem caused by incomplete charging of electric vehicle battery pack for a long time， but also improve the cruising range of electric vehicles and save energy. Therefore， combined with practical investigation， this paper proposes to design the on-board photovoltaic charging system for electric vehicles， so as to meet the requirements of the development of electric vehicles.

【关键词】电动汽车;光伏充电系统;设计

【Keywords】electric vehicle; photovoltaic charging system; design

【中图分类号】U469.72                               【文獻标志码】A                                   【文章编号】1673-1069（2020）09-0186-02

1 引言

随着我国环境保护力度的不断增强，新能源已经成为推动我国社会经济转型发展的重要因素。光伏发电是一种新型发电技术，其具有高效、安全、无污染的特点。随着电动汽车市场保有量的不断增加，电动汽车在给人们带来巨大的便利的同时，电动汽车的充电问题成为电动汽车发展的重要因素。例如，传统的电动汽车充电模式难以使电池快速充满，充电续航里程较短等问题较为突出。设计一种基于电动汽车车载的光伏充电系统可以避免上述问题，因此本文结合实践调查，提出基于EVG-2的电动车车载光伏发电系统应用方案。

2 电动汽车光伏系统的总体设计

基于电动汽车的使用性能，要求车载光伏充电系统具备为汽车提供持续行驶和照明的功能。本文选取的是EVG-2小型电动车，因此根据电动车的结构布局看，其在布置光伏电池后，由于光伏电池的最大输出功率为131.04～171.36W，因此，其不能满足电机驱动要求。所以需要将光伏电池发电系统作为辅助能源系统。在光伏充电系统中设置汽车配备储能元器件。①储能控制。由于光伏电池容易受外界环境的影响，其在运行的过程中具有不稳定性，所以需要在稳压后采用储能装置，以此将能量稳定地传递给负载。但是当光照不足时就会导致光伏电池的功率不能满足启动逆变器的目的。为了解决上述问题需要采取超级电容组储能的间歇式充电方式。②蓄电池的充电控制。蓄电池在光伏发电系统中的作用非常突出，结合光伏充电原理，本设计采取阶段性充电法为电池输送电能。

3 系统硬件电路设计

3.1 升压主电路设计

本设计采取的boot升压电路作为主控制电路，由于光伏充电系统与外界光照强度有很大的关系，例如，当光照强度高时，就会产生比光伏输出额定电压更高的电压给蓄电池组进行充电，而当光照弱时就会出现发电效率下降的问题，因此需要设置弱光的电压通过超级电容储能方式进行持续发电。

3.2 主芯片选择

主芯片是光伏充电系统的核心硬件，光伏充电系统的最终目的就是将获得太阳能的最大电能输出给蓄电池组，由于光伏充电系统的工作原理需要根据输出电压、电流以及电池组的能力需求等因素进行计算，以此达到控制光伏电池最大功率点的跟踪。而这些过程需要对相关数据进行计算，所以为了提高系统的运行速度，选择美国TI公司生产的TMS320F2812控制芯片。之所以选择该芯片原因有二：一是电源电路及复位电路。该芯片的功耗损耗非常低，具有上电自动复位功能，能够控制输出两种电压电流等级的功能。二是具有仿真接口电路设计。一般的芯片由于电缆长度较长，因此其存在信号失真的现象，而此种芯片具有仿真接口，这样可以尽可能降低插头可靠性低造成的信号失真现象。

3.3 MOSFET驱动电路和缓冲电路

为了将主电路的开关频率升至30kHz，为了提高系统的工作效率，选择IRFB4110型的功率MOSFET为电子开关，MOSFET属于电压型驱动电气，其开关损耗主要与器件的开关速度有关，以此为了提高其开关性能，本次采取利用自举式电源给驱动栅极的驱动芯片电路提供电能，如图1所示。

4 系统软件设计

本次设计采取的是CCS开发环境，采取TMS320F2812作为主控芯片，通过C语言编程实现对各个系统的控制。在系统软件中设置了功率驱动保护断寄存器，这样当系统功率电路中出现了电压过大或者过小的电流后，电感电流就会达到上限制，就会启动保护装置系统。

本次设计采取两种充电模式：

①在强光下光伏充电输出直接连接DC升变换器给蓄电池充电（见图2）。由于选用的蓄电池型号为48V，因此，在实际运行中设计两种充电模式：第一，基于模糊控制的采取最大输出功率的工作方式;第二，对电池进行保护的恒压充电模式。其控制模式采取的是比蓄电池端电压略高的阈值进行控制。阈值设定为51.8V，当蓄电池电压低于51.8V时，就会采取充电模式，当不低于51.8V时就会采取恒压充电模式。

②在弱光下进行充电，如图3所示。弱光模式下充电系统加入超级电容组，设置的超级电容组的充电上限值为20V、下限值为16V。当电容电压高于上限后，光伏充电板与超级电容组之间的通道就会关闭，超级电容组就会对蓄电池进行放电。同时充电系统就会进入光强模式，并且实时监测超级电容组的电压，当低于下限值后，完成放电。

5 电动车载光伏充电系统的实验结果

通过实验测试，本文设计的车载光伏充电系统能够有效地解决电动车传统问题。例如，通过测试结果显示当日照强度远低于标准日照度1000W/m时，输出功率较低，但系统效率还是在88%以上，还是处于较高的水平。

【参考文献】

【1】杨月.电动汽车车载光伏充电系统研究[D].长春：吉林大学，2019.

【2】胡超，李宏海，李振华，等.电动汽车无线充电应用及发展趋势[J].公路交通科技（应用技术版），2020，16（02）：330-336.

【3】汪元鑫，苏瑾，胡金高.电动汽车车载充电系统的设计与研究[J].电气技术，2019，20（07）：5-8+17.