电动汽车设计环境与电源管理电路分析

快得多的速率完成充电，但限于汽车电池和连接器约束范围内。例如，SAE J1772是目前北美地区唯一获得批准的电动汽车连接器标准，功率限制为16.8kW以下。

　　与用于可携式电子设备的电池不同，汽车级电池可以适应大得多的充电电流，不会影响电池寿命或接近热失控。充电器的C额定值被定义为流入电池的电流，正比于用安培/小时为单位测量的电池容量。例如，1C充电器将以1A的电流为1Ah电池充电。

　　虽然传统的锂离子电池可能限于1C，但一些汽车电池可以用远高于这个限值的电流充电，从而缩短再次充电时间。事实上，工作在480V/三相电压的大功率三类充电器（例如Aker Wade Power Technologies3和其他公司开发的产品）给电动汽车电池充电的时间与加满一箱油的时间相近。

　　请注意，电动汽车的电池容量一般是用千瓦/时表示，通过将千瓦/时额定值除以标称电池平坦电压可以将它松散地关联到电池的安培/时额定值。作为参考点，Nissan Leaf公司整合的一款3.3kW充电器需要用8个小时时间将一个24kW的电池从10%充电到满充状态。

　　另外需要注意的是，电动汽车电池的放电深度影响电池单元寿命，因此这种电池在充电周期开始时通常需要保留至少10%的电池容量。

　　充电器的架构设计

　　板载充电器必须符合严格的电磁兼容性、功率因子和UL/IEC安全标准方面的工业和政府法规要求。与所有其它的锂化学工业一样，电动汽车推进电池充电器采用？宁y、？睎？（CC/CV）充电算法，电池先被可程序设计的电流源充电，直到它达到电压设置点，然后转入稳压阶段，同时监视电池电流作为充电周期完成的指示。

　　充电电流（功率）由BMS、混合控制模块（HCM）和电动汽车服务设备协商确定，具体取决于使用的输入电压、温度和电池SOC/SOH以及受HCM监视的其它系统考虑因素。这种控制算法的安全性和容错性一点也不能打折扣。

　　合适的电源架构涉及交错式功率因子校正（PFC）和随后的相移全桥电路，如图2所示。控制回馈参数由微控制器数字化。这个微控制器能够以数字方式关闭多个控制环路，并精确地调变高压MOSFET开关。

　　图2：连接交错式PFC和相移桥的数字控制接口。

　　集中和高度智慧的控制机制可以满足模拟技术不容易解决的许多问题。

　　更先进的微控制器整合有协处理器（控制律加速器）和多个高分辨率脉宽调变器（PWM），前者用于加速控制环路传输函数的运算，后者能够控制功率开关在150ps内。这种架构能够动态适应线路和负载的变化，记录系统操作参数数据，并实现前瞻性的无差错算法，同时通过地气隔离的控制局域网络智能地连接所有其它汽车子系统。

　　最近在数字电源方面的发展使得这种方法更加可行，更具成本效益、可扩展性，并且更适合电动汽车中的大功率多相位应用。

　　有经验的软件设计师可以免费使用针对数字补偿和实际上每种电源拓扑的大型且可扩展模块化软件库进行整合；另外还能获得与数字和模拟电源解决方案作对比的测试报告。例如，考虑图2所示的两相交错式PFC功能。PFC升压开关受实现多模式PFC的PWM1控制，可以产生电池充电器的兼容电压。

　　从图3可以明显看出这种拓扑的适应性，其中的数字补偿和相位管理模块在软件控制下是可变的。采用数字技术还能使系统不易受噪声和温度的影响，同时智能地同步电源级电路，使干扰最小，并优化滤波器设计。

　　图3：大功率PFC方法的软件模块化程序设计。

　　图3为升压PFC的完整代码模块。相似代码构造可以用零电压开关实现相移桥，从而使转换器开关损耗达到最小，同时提高效率。