摘要：车载充电机（OBC）是固定安装在电动汽车上用于控制和调整蓄电池充电的电能转换装置，由于大功率充放产生巨大的发热量。为降低对内部元器件寿命和性能的影响，要求高热量的电子器件/芯片/MOSFET等必须与五金铸模的壳体内壁接触，以有效实现热传递。国内企业早期采用壳体内部灌满导热胶的方案来实现热传递，该方式除了能快速导热外还起到各带电元器件间的绝缘防护作用。但由于导热胶的热胀冷缩，对内部元器件引脚的拉扯应力长期存在，从而破坏其引脚使功能失效。某车型的车载充电机曾出现过该失效模式，我们通过台架试验，对比出问题原因和措施效果，使问题得到改进。

关键词：电动汽车;车载充电机;辅助电源;设计

引言

特种车辆的车载发电系统需要满足在野外复杂环境下的使用需求，确保大电流、长时间工况下的可靠性、稳定性。近年来，随着车载电子设备的轻量化、小型化程度的提升，对车载发电系统的性能提出了更高的要求。

1充电机辅助电源

耗能电动汽车多采用恒功率快速充电模式，动态特性表现为恒功率负载（constantpowerload，CPL）.由于恒功率负载兼具负阻抗和非线性这两大特性，而极易导致系统低频和次同步振荡.同时供能电动汽车等效电源的短路比数值较低进一步加剧了相关的失稳现象.因此，实现交错浮动双升压变换器能量互济控制尤为关键.为实现兼具弱电源、恒功率负载的升压变换器稳定运行，大量学者已经做了广泛的研究.相关研究成果可以分为线性控制策略和非线性控制策略两大类.从线性控制技术出发，首先，通过增加电容/电阻等无源器件的无源阻尼控制技术被提出以实现系统的稳定运行，然而，增设的物理原件势必增加系统的成本和耗损.基于此，通过虚拟阻抗注入的主动阻尼技术被相继提出，该技术可以同时提高系统的稳定运行裕度和响应速度.然而，上述线性控制技术都是基于小信号下的线性模型构建的，难以同时适应于多类型供能/耗能电动汽车。

2电动汽车车载充电机辅助电源的设计

2.1电源转换器设计

电源转换器是将直流电源转化为交流输出的电源设备。电源转换器把发电机发出的频率和电压波动较大的三相电压经过三相整流控制单元进行整流，并经过电容滤波，使之成为脉动很小的直流电压。电源转换器的设计模式有多种，本产品采用单相桥式逆变电路进行设计。逆变器主电路开关管采用高频场效应管。由于采用高频开关逆变电路，相较于普通的工频变压器逆变电源，具有开关频率高、驱动电路简单、系统效率高、体积小、重量轻的特点。前级拓扑升压电路采用推挽电路设计，后级拓扑稳压电路采用全桥电路设计。在功率变换电路中，使用2对IGBT管实现全桥逆变，把直流电逆变为设计频率的交流电。然后再通过滤波电路，消除了频率、波形的不稳定性，成为220V/50Hz的正弦波交流电，输出到负载。

2.2耐低温设计

低温下铝电解质电容器容量衰减，阻抗增大。40°C时，传统高压电容器的容量比正常温度降低60%甚至更低，影响了板充电器在低温下的正常启动。电解质作为铝电解电容器的实际阴极，对电容器的性能有很大影响。随着温度的降低，溶解的物质会不断失效。极端情况下电解质凝固，电导率逐渐降低，容量相应降低。自行研制的高压电容电解质采用乙二醇+分支羧酸盐体系。电解液具有导电率高、滚转率高、低温性能好、在-40℃时指标优良、长期高温工作性能稳定等优点。所生产的电容器具有寿命长、抗里脊电流高、低温性能好等特点，能够满足-40℃的使用要求。表4显示了CD296K（450V、270μF）的测试数据，容量变化率为-19.6%，阻抗比（Z-40°C/Z25°C）为3.48。

2.3车载充电机的外部连接和充电流程

板上充电器的外部电路连接器分为交流输入、直流输出和信号连接器三部分。交流输入连接到充电插座，直流输出直接或间接连接到电池。信号端口包括CANH、CANL、充电锁、充电目的、电子锁存器和低压电源等信号。车载铅酸充电器的电路连接比较简单。根据成本考虑，直流输出通过应急开关和保险丝直接连接到蓄电池正负极。充电枪安装完毕后，充电源端子检测出电池电压在正常电压范围内，电池根据铅酸蓄电池6级充电曲线的恒流和恒压应力规律充电，部分onboard充电器以脉冲模式充电。基于锂电池充电的安全特性，车载锂电池充电器充电比车载铅酸充电器复杂，输入端口、充电体和输出端口需要连接确认和自检。第一，在使用交流充电枪后，车辆连接确认和供电连接确认通过直流线路连接完成后，车辆控制装置执行电子锁定指令，S1开关由12V切换到PWM状态。此时，检测点电压为9V。车辆控制装置检测到CP信号和锁定状态的电子锁定装置后，充电状态确认完成，充电器顺利完成自检，连接正常后，车辆控制装置关闭S2开关。点1处的应力为6V。确认车辆准备就绪后，K1和K2关闭。充电器开始充电，并将充电警卫发送给BMS。根据BMS的特定加热或加载说明，执行相应的加载。当电源完全充电或操作人员停止充电时，车辆控制单元关闭S2开关，电源控制单元的控制开关S1切换到12V连接状态，同时关闭接触器K1和K2以切断交流电源，并打开电子锁。

2.4电流采集功能设计

电流传感器收罗电流种类有2种：开环类型电流传感器主要收罗边际电流，结构比较精简且获取数据准确度低，经常使用于大电流的收罗;闭环类型电流传感器反应敏捷、准确度高，经常使用于小电流收罗。CHB-200SF闭环类型各方面数据满足本次设计的要求，所得知被测试电流大小为100A，电流参数反馈给控制板。必须变换电路中的大电流下降至0.05A的电流，接着把电流灯号输出为电压灯号，再由过程电阻进行变化并通过电压跟踪装置反馈至控制板。同时，ADC能吸收到的电压不能超过电压灯号的最大电压，所以电压跟踪装置需经由加法装置和反向放大装置，将电压灯号输出为合适的灯号至MCU的ADC中。

2.5其他

监控模块是自发电设备的一个操作单元，用于自发电系统的检测和控制。内部的采样电路单元可检测电压、电流、频率等参数，并在液晶屏上显示出来;内部具有继电器，可控制每一路输出的通断：如“开关”按键负责监控模块电源的通断;“励磁”按键用来启动或停止发电机的运行;使用“上翻”“下翻”按键查阅故障信息等为充分保证电源转换器的抗振动冲击性能，将2台电源转换器安装在由无缝矩形钢管焊接而成的固定架中，电源转换器与固定架之间采用了6组高性能钢丝绳减震器连接，充分隔绝车辆行驶过程中产生的振动冲击。

3复合电源结构设计

针对单一串联或并联型双能源储能系统存在回收能量损耗率较高等问题，提出一种串、并联可随时转换的双向DC/DC变换器复合能源结构。利用再生制动控制器控制开关K，K接通时，锂离子电池和超级电容并联，驱动电机处于驱动状态;K断开时，锂离子电池和超级电容串联，电机处于再生制动状态，能量通过DC/DC1给超级电容充电。超级电容器具有充电极快、储能容量大等优点，而再生制动时电机输出电压一般低于动力电池的端电压，难以直接给动力电池充电，故当K断开时，电机转变为发电机产生低压大电流经过DC/DC1转换后直接给超级电容充电，避免大电流对动力电池产生冲击的同时，能更快更安全地回收能量，提升制动能量回收率。

结束语

提出一种串、并联可随时转换的双向DC/DC变换器复合能源结构，采用SVPWM空间矢量脉宽调制方法控制电机再生制动输出转矩和输出功率，并考虑车速、制动强度、SOC影响因素，建立可识别路面附着系数、以f线组、r线组、理想I曲线和ECE法规线为制动力分配基础的再生制动力控制策略。以MATLAB/SIMULINK为模型建立平台，以ADVISOR为整车仿真平台，进行了不同制动强度的再生制动仿真测试，并选取CYC_ECE和CYC_UDDS两种道路循环工况，对嵌入的控制策略模型进行整车仿真，与ADVISOR原有模型的仿真结果进行了对比分析，证明了所设计控制策略的合理有效性。

参考文献

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