电动汽车充电桩的设计与仿真.docx
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电动汽车充电桩的设计与仿真.docx
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电动汽车充电桩的设计与仿真
电动汽车充电桩的设计与仿真
最近几年,全世界都在以各种方式来支持新能源电动汽车的发展。
全面发展新能源电动汽车工业是一个具有战略应用价值的新兴产业。
电动汽车具有很多的优点,它不但比普通汽车的速度快,在能源利用方面也比以往的汽油汽车更节能。
同时在环境保护领域,电动汽车也比以往的汽油汽车表现得更好。
尤其是对于石油这种不可再生资源,电动汽车可以减少资源的使用,在节约能源方面,起着重要的作用。
但由于电动汽车的充电时间过长,导致电动汽车的使用周期变短,所以我们要缩短电动汽车的充电时间,同时还要对电网的损伤降到最低。
所以,电动汽车所电池的性能就必须要有所提高。
满足电动汽车的发展需求,同时减小对用电网络的影响。
本文对电动车充电桩的工作原理进行了详细的介绍,解决了以往充电方式存在的一些故障。
在以往的研究基础上,设计了储能充电设备的主要拓扑结构,对所选的电池材料进行了介绍。
并对改造进行了分析。
由一个具有三相电压的PWM来进行控制的。
通过数学模型的基本分析,双闭合空间矢量在旋转坐标下的电压和功率管理策略,保证了直流电压的稳定。
通过对DC/DC变换器的建模和分析,分析整充电和放电过程。
在Matlab/simink软件中,设计模式开发模拟,根据仿真结果可以验证电网与蓄电池之间的能量流动,以及电动汽车的电池充电器。
结果表明:
电动汽车的电池进行充电时,充电桩的电网电流呈正弦曲线。
电池放电时电流也是正弦的。
侧张力180度,稳定直流侧张力,系统稳定性,当可充电电池通过减压充电时,汽车电池是用恒流充电的,直流侧电压稳定,保证了系统稳定;当充电桩储能电池通过降压(Buck)电路给汽车充电时,汽车电池先经过恒流充电的方式进行充电,当电压达到稳定值后,再通过恒压的方式进行充电,电池的电量不断上升。
关键词:
充电桩;回馈电能;PWM整流器;系统稳定
前言
最近几年,全世界二氧化碳的排放量在一定程度上得到了控制,截止目前,又有反弹的迹象,由此所产生的环境污染必须得到解决。
环境保护和节能日益成为全球关注的焦点。
汽车尾气排放占城市总排放量的50%,这些尾气主要包括一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物,这些气体不但污染了我们周围的空气,同时还给我们对额身体健康造成了严重的威胁,它还对大气造成了无法弥补的破坏。
这是一件需要我们马上解决的问题,并且我们要对这个问题绝对的重视,不能放松。
作为这一问题的主要原因,国内的很多汽车厂家开始研究电动汽车,来减少汽车尾气的排放,已解决对环境的污染,以及大气层的破坏。
这就需要各汽车厂家把关注度放在如何生产性能好的电池,首先用于电动汽车的电池必须要具有能耗低的特点,否则对虽然对环境的伤害减少了,但能源利用率却降低,这对我们来说同样也不是一件好事,国外的很多汽车厂家给我们提供了新的思路,他们目前在使用的方案,为我们提供了很大的帮助,并且,在缓解环境污染方面也有重大的意义。
全球很多国家都有自己的电动车长期计划。
例如:
在法国,曾用20亿元,用纯电动汽车取代10%的内燃机汽车,改善巴黎市中心的发电厂和基础设施。
在英国,从2011年到2014年,共花费了2.3亿用来电动汽车的建设和发展。
我国的电动汽车发展要比其他国家稍晚,但我国非常重视电动汽车的发展。
根据“863计“”,启动了“节能与电动汽车”重大项目。
进一步支持研发工作,电动汽车在中国的地位正在被确定。
中国已开发出三维立体研发技术。
到目前为止,我国电动汽车的发展已经达到了一定的水平。
自主研发和汽车生产已逐步进入市场。
通过国家政策的推广,提高电动汽车在中国的市场份额。
在今天的技术环境中,电动汽车的基本技术已经取得了长足的进步。
电机及相关控制技术正变得越来越成熟。
将传统的电机驱动模式发展为智能电机控制模式,在这些领域中,应用了各种智能控制技术,包括神经网络控制、模糊控制和自适应控制。
所以,电动汽车正在改进。
同时,随着材料技术的发展,汽车制造技术也发生了变化。
越来越多的新材料被用于汽车,它减轻了车辆的重量,降低了碰撞吸收和高强度。
使汽车朝着轻量化、清洁化的方向发展。
电动汽车是连续供电的。
因此,电池的容量能满足用户的需求吗?
确定电动汽车的发展速度。
为了满足用户的需求,电池必须具有使用寿命长、转化率高、储存容量大、环保、可回收、污染小等特点。
这导致了许多与电池相关的技术。
例如,电池状态监测技术。
监控技术的目的是实时监控电池的状态。
找到让电池工作的最好方法。
决定如何给电池充电。
这是一个智能管理系统。
在系统处理期间延长电池寿命,确保汽车运行正常。
随着电动汽车的发展,与电动汽车相关的设施也在改善。
在与电动汽车相关的设施中,充电系统是一个非常重要的组成部分。
因此,中国寻求发展电动汽车的过程中,一定要对充电系统进行分析和研究。
图1.1为国有普通充电设备。
图1.1电动汽车充电桩
最近几年,在充电桩的市场应用中,仍然有一些问题:
(1)充电速度有待提高,
充电时间对用户来说仍然是一个重要的问题。
与用内燃机给汽车加油的几分钟相比,电动汽车的充电时间根据充电设施的参数而变化,不同类型和容量的汽车电池,充电速度也不同,两者都比内燃机车慢得多。
(2)充电对象有限
目前市场上常用的充电桩,它不能保证在很宽的范围内为大多数车辆提供相同的电源,这是由于充电接口的局限性和一些技术原因。
一般来说,充电桩只能用于预配置车辆的直接充电。
(3)设备损耗大
在充电器电路中,高频变压器通常用于电路隔离,它还减少了变压器的重量和体积。
然而,当需要继续加速时,高频变压器的损耗率也将加快。
因此,这种磨损也是一个问题。
对于充电设施的研究,它必须符合发展电动汽车的主题,为了使充电桩更加智能和高效,响应国家号召,推动充电设施不断发展,提高充电桩的实用性和市场价值,有必要设计和实施一个符合要求的充电桩。
1绪论
1.1充电技术的研究
充电技术通常包括无线充电和接触式充电。
无线充电技术通常有三种基本技术:
无线电波、电磁传感器和磁共振。
国外的无线充电技术正处于成熟阶段。
在我国,无线充电技术,目前主要是感应式无线充电。
这种方式主要是通过高频线圈来进行充电,充电设备和受电设备分别安装在两侧不同的区域,当充电器运行时,高频电流被传送到另一边。
然后通过充电器的另一边,把直流电输送给电池设备。
接触式充电是一种通过一个导体直接连接充电设备和接收器进行充电的。
在实际工作过程中,它通常用于将充电装置连接到通过接触插座充电的电池上,通过金属接触产生电流。
这种加载方法在现实生活中得到了广泛的应用。
这种技术目前非常的先进而且容易实现。
但它在每次充电的过程中都需要插拔,连接到充电口,那么随着时间的推移,充电处的金属会磨损,这时的充电设备就需要十分复杂的维修工程,并且针对这一问题还需要有很多的保护措施,因此,与无线充电相比,该系统存在一定的缺陷。
1.2接触式充电技术
传统的接触充电方法有三种类型:
正常模式充电、快速充电和电池之间快速更换。
(1)正常充电模式
传统的充电是通过电池完全放电来实现的。
传统的低电流长时间充电模式,充电方法根据电池容量的不同而不同,通常在5到20小时之间。
虽然正常模式下充电非常慢,但传统的充电类型相对稳定,对充电电池所造成的的损害特别的小,同时可以延长电池寿命,可以对充电时间进行设置。
并且,在充电过程中它可以随时断电。
相比于其他充电方式,这种方式的成本也十分的低。
尽管如此,正常充电模式也有很多的不足,比如说充电时间过长,无法满足车辆长时间的续航能力,尤其是大型车辆的续航时间,也就是说,如果仅使用正常充电模式充电,车辆在行驶过程中很有可能会由于没电而无法正常运行。
也就是说,只有当汽车本身需要的运行电量与充电一次所获得的电量相同时,才能满足汽车的正常使用。
一般情况下,正常模式下充电,有两种不同的充电方法:
恒流充电和恒压充电。
①恒流充电方式
通过恒定的电流进行充电的一种方式,这种方式控制方式十分简单,充电设备维护方便。
但是这种方式的的实际使用性比较低,几乎很少的电池能够使用这种方式进行充电,比如镍氢电池。
并且这种充电方式无法保证电池电量能够达到饱和状态,同时充电过程中的转换率也比较低,这种方式是比较原始的方式。
由于这种充电方式比较原始,所以在后续的研究中,提出了分级恒流充电模式。
在这种充电方式中,提出了恒水平荷载模型。
在恒流负载的类模式下,电池充电分为几个阶段。
充电电流随相位变化。
在充电开始时使用小电流,然后加大电流,使电池快速充电,达到指定的电池电压后,电流从上到下逐渐减小。
最后,当电压升高到一定程度后时,用小电流充电,直到电池充满电,这种充电方式是恒流负荷模型中的一种,这种方式可以保护电池,提高充电系统的稳定性。
它在电池的不同阶段有不同的状态,在第一个加载阶段,电池可以接收电流,接着电池的电荷变小,于是快速充电模式开启,随着充电时间的延长,电池本身对电流的接受能力变弱,电流就慢慢的变小了,最后使用小电流,直到它充满。
②恒压充电方式。
恒压充电方式,电池两端的加载电压是不变的。
电池在特定的状态下才能进行充电,电池充电结束,是以电池充电后所能达到的标准电压为基准的。
在充电过程中,充电开始时电流比较大,充电接近尾声时,电流就会变小,如果所选择的充电电压比较低,那么充电所需要的时间就会比较长。
这种充电方式的充电电路特别的简单,在后期的维修过程中也十分的简单,但是如果经常使用这种方式进行充电,那么对电池中的相关元件会造成顺上,也会影响电池本身的使用周期。
(2)动力电池组快换模式
顾名思义,动力电池组快换模式,就是在当电动汽车的电池达到续航能力以后,将充满电的心电池换上,以驱动电动车继续行驶的过程。
这种方式可以将电动车的充电过程与电动车本身相分离,电动车使用起来也会变得十分的方便,但这种方式对电动车电池的设计要求就会十分的高,首先在尺寸和型号上要满足相应的要求,而且,更换电池的难易程度以及时间要求也十分的高。
其次这种充电模式要将电池送到统一的工作站进行充电,对电动车的使用也会造成一定的局限性。
这种充电方式还在进一步的研究和讨论,因为这种方式对电池本身的要求比较高,同时对于电池的存放,以及充电等问题所造成的成本投资也会相应增加,目前这种充电方式主要是在型号一致的电动汽车上进行应用,相关的使用,还要进行进一步的研究。
(3)快速充电模式
电动汽车电池的充电速度和充电的效率,是目前研究的主要内容,由于电动汽车的主要动力来源是电池所提供的电能,所以,如果电池的电能一旦消耗殆尽,电动车就无法正常行驶,在日常生活中,电池的电能足以满足人们对车辆的需求,但当有突发时间发生时,电动车将无法满足这种要求,同时电动车又不能同内燃气汽车一样可以进行汽油的补给,所以研究一种电动车的快速充电模式变得十分的重要,于是为了能够实现这一充电方式,电池组的研究人员进行了一系列的相关研究,这些研究结果对电动车电池的充电祈祷了一定的作用,同时对电动车的普及也提供了很大的帮助。
快速充电一般情况下需要在很短的时间内完成电池的充电过程。
那么由于快速充电过程需要在短时间内使电池的电量达到八成作用,所以所选用的充电设备的充电电流一定要很大,也就是说充电设备的功率要很高,那么这种设备对设备本身的配件要求就十分的高,并且该设备在后期维护过程中也需要很好的措施。
目前为止,快速充电方式主要还是选择三相四线制的电网电压进行供电。
为了能够得到非常好的电能,就一定要对充电设备的相关配件进行很好的设计,来满足充电要求。
同时还要考虑,电池在高电流模式下充电过程中,电视本身的温度会逐渐增加,那么为了使电池本身的使用周期边长,我们对充电设备的电路设计要求就会变的十分的高。
当前发展形势下,不断的新型充电方式出现,为了实现快速充电,同时使充电系统的稳定性能够得到提高,并且对电池本身的伤害降到最低,我们选择智能化的充电方式。
本论文以以往的研究结果为基础,并进行了相应的更改,根据充电系统的设计要求提供一种电池充电设计思路,即三参数时间、温度、电压统筹控制电流大小的,分段恒流充电方式
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