摘要: 本文设计了一套3kW的模拟系统，该系统主要由(PCS)和控制系统组成PCS实现电池、电动汽车电池和交流电网之间的能量转换，控制系统实現对电池在线监测管理和对PCS的PWM控制理论分析与实验结果表明，该系统在保证传统的功能下有效地降低了对电网的功率要求。

　　随着環境和能源问题的日益严峻电动汽车和新能源发电应运而生。电动汽车也以其绿色环保、高效率等优点成为现代汽车工业的重要发展方姠^[1]发展电动汽车必须建设与之配套的可充电电池设施，因此大力发展电动汽车可充电电池设施已成为国内外研究的重点

　　目前，我國智能配电网和智能配电居民小区建设还很不普及和完善已有居民小区的供电容量不能满足较多电动汽车的可充电电池需要。增加配电設备容量将会涉及投资、多部门协调及复杂的施工改造等问题，而且还会导致负荷峰谷差变大降低设备利用率，从而限制私家电动汽車的进一步推广

　　针对上述问题，文献[3]基于峰谷分时电价最大限度利用谷时段进行可充电电池的双序谷有序可充电电池控制方法;该方法虽能在不改变原配电容量的前提下，实现对多辆电动汽车的同时可充电电池但其只能实现慢速可充电电池的需求，对于快速可充电電池仍无法满足文献[4]根据配电网调度对快速可充电电池站功率变化率的限制需求，提出了含缓冲系统的快速可充电电池站拓扑结构和控淛策略

　　结合上述文献，本文提出在传统的内增加大容量组和附加的能量转换系统，设计了一种基于DSP的式电动汽车可充电电池桩模擬装置可以在不改变配电网的前提下，实现对电动汽车电池组的快速可充电电池

1 储能式可充电电池桩的总体结构

　　图1所示为储能式鈳充电电池桩的系统结构图，该系统主要由(PCS)[7]和DSP控制系统两部分组成PCS采用直流母线式结构，是电网与储能电池组和电动汽车电池组、储能電池组与汽车电池组之间的能量传输纽带;交流电网与直流母线之间采用PWM整流器实现能量的双向流动;直流母线与储能电池组之间采用双向Buck-Boost變换器，实现电池组的充放电功能;直流电网与电池汽车电池组之间采用Buck变换器实现对电池的恒压、恒流和脉冲可充电电池。控制系统以TMS320F28335為核心主要实现对储能电池组状态的监测和管理以及对PCS的控制调度。

　　系统的硬件主要包括、功率管和继电器驱动系统、相关参数采樣系统、人机交互系统和辅助电源系统继电器采用普通的光隔+三极管驱动;功率管采用专门的IGBT驱动芯片M57962;由于功率调节系统^[6]是储能式可充电電池桩内的关键部分，因此下面主要对单向AC/DC、单向DC/DC和双向DC/DC的拓扑结构进行简单介绍

　　1)交流电网与直流母线之间采用单相不可控整流电蕗，拓扑结构如图2(a)所示单相220V交流电通过整流滤波后转变为311V直流电;为了防止电容可充电电池电流过大，通过限流电阻R1给电容可充电电池當电容充满电后吸合开关K2，使R1短路减少电路损耗;滤波电容由两个400V/680μF电解电容串联组成;由于每个电容器的的漏电流存在差别，所以在每个電容两端并联一个均压电阻提高电容的使用寿命。

　　2)直流母线与电动汽车电池组之间采用图2(b)所示的Buck变换器通过电压闭环或电流闭环來调节V1的占空比，可实现对电池的恒压或恒流可充电电池;该电路结构简单实现容易。功率管V1采用FF100R12KS4型号的IGBT其最高耐压达1200V，最大电流达200A內部集成续流二极管，续流二极管采用MURP20040CT其内部两个400V/200A的二极管阴极相连，电池侧采用LC滤波

　　3)直流母线与储能电池组之间采用图2(c)所示的Buck-Boost變换器。当对储能电池可充电电池时V1、VD2导通，电路工作于降压斩波模式;当储能电池放电时V2、VD1导通，电路工作于升压斩波模式;通过电压戓电流闭环二者均可实现恒压或恒流充放电功能;该变换器结构简单、具有双向功率输送能力。功率管V1、V2均采用FF100R12KS4型号的IGBT;电池侧采用LC滤波

3.1 控制系统的算法设计

　　本系统采用DSP控制芯片对整个系统进行控制。储能电池的管理系统主要实现对电池的电压、充放电电流、温度和荷電状态(SOC)的监测功率调度系统主要实现对电池的恒压或恒流充放电功能。下面主要对Buck变换器在恒压控制模式下的闭环控制算法^[9]进行介绍

　　恒压控制模式的控制框图如图3所示，其中K_FB=V_ref/V_o为反馈系数;K_MOD=1/V_m，为PWM脉宽调制器的增益V_m为锯齿波的幅值;G₁(s)=K_p/(1+ω_s/s)为电压误差放大器的传递函数。本設计中采用数字P_I调节器其中ωs用于消除稳态误差，一般取为G_vd(s)极点的1/10以下K_p用于使剪切频率处的开环增益以-20dB/十倍频穿越0dB线;G_vd(s)为Buck变换器的占空仳至输出电压的传递函数，利用状态空间平均法建立Buck变换器的交流小信号模型可以求出G_vd(s)为

　　式中D为占空比，V_o为直流母线的电压平均值L和C为输出的滤波电感和电容，R为负载电阻

　　在实际工作中，DSP采样得到的电压反馈信号与设定电压进行比较根据误差信号进行PI调节。PI调节器输出信号由DSP内部脉冲生成单元与三角载波比较产生PWM驱动驱动通过不断调节Buck变换器中开关管的占空比，来实现稳压功能利用同樣的方式，可以设计恒流输出时的PI控制器

3.2 控制系统的软件设计

　　本系统的控制核心采用TI公司新推出的一款浮点型数字信号处理器—TMS320F28335^[10]，笁作频率可达150MHz;内部包含18路PWM输出端口6路高分辨率脉宽调制模块(HRPWM);16路高精度的12位数模转换器(ADC)，转换时间可达80ns整个系统的主程序流程如图4所示。

　　本文设计了一台3kW的实验样机技术参数为：交流输入电压为单相220V;直流母线电压为311V;电动汽车电池组采用4只12V60Ah的铅酸串联来模拟;储能电池組采用4只12V30Ah的铅酸串联来模拟。

　　利用本系统对模拟电动汽车电池组以1C(60A)进行可充电电池Buck-Boost变换器工作于Boost恒流放电模式，放电电流为0.5C(30A)交流電网提供0.5C(30A)的可充电电池电流，功率管的工作频率为10kHz图5为利用模拟储能电池组和交流电网同时给模拟电动汽车电池组进行恒流可充电电池時，Buck变换器的输出电压波形忽略开通关断时刻的电压尖峰，电压纹波 < 50mV(每格100mV)图6为利用最佳可充电电池方案给储能电池组进行可充电电池時，整个过程中端电压和可充电电池电流的变化曲线开始阶段采用0.1C(3A)恒流可充电电池，当电压达到57.6V时采用恒压可充电电池，直至可充电電池电流小于0.05C(1.5A)可充电电池结束。由图6可见在开始可充电电池瞬间，电池电压迅速增大然后趋于稳定，恒流可充电电池最后阶段电池電压逐渐增大在恒压可充电电池过程中，可充电电池电流逐渐减小与理论变化过程基本相同。

　　通过以上分析可以看出采用储能式可充电电池桩，能使现有城市或家庭的配电系统无需进行太大的增容改造就可以承受电动汽车快速大电流可充电电池的要求，且可以減少电费支出同时具有传统可充电电池桩具有的常规可充电电池功能，而且通过储能电池容量的配置可以满足不同容量的可充电电池偠求，应用灵活但是由于储能电池寿命、效率等因素的影响，使其应用受到一定的限制但是随着电池技术的不断提升，将可充电电池樁与电池储能技术相结合构建储能式电动汽车可充电电池桩，对推动电动汽车的广泛应用具有重要意义

　　本文只是针对一个用户进荇分析，没有考虑到大量用户同时运行时对电网的影响所以今后应该针对某一个特定住宅小区来分析所有用户的出行习惯、行驶里程数等数学模型，结合储能式可充电电池桩的特点利用有序可充电电池的控制方法，设计出更加合理的充放电控制策略

　　[1]李胜,李玉堂,李俊玲等.新能源发电综述[J].现代农业,-79

　　[2]段朝伟,张雷,刘刚.电动汽车铅酸电池脉冲快速可充电电池系统设计[J].自动化仪表,):75-77

　　[3]苏海锋,梁志瑞.基于峰穀电价的家用电动汽车居民小区有序可充电电池控制方法[J].电力自动化设备,-22

　　[4]周念成,蒲松林,王强钢等.电动汽车快速可充电电池站的储能缓沖系统控制策略[J].电力系统保护与控制,7-134

　　[6]鲍冠南,陆超,袁志昌.基于动态规划的电池储能系统削峰填谷实时优化[J].电力系统自动化,):11-16

　　[7]房新雨,黄克捷,冯俊淇等.电动汽车充放储一体化电站四种变流装置对比[J].电力电子技术,):64-66

　　[8]徐德鸿.电力电子系统建模及控制[M].北京:机械工业出版社,

　　[9]刘陵顺,高艳丽,张树团等.TMS320F28335 DSP原理及开发编程[M]. 北京:北京航空航天大学出版社

本文来源于中国科技期刊《电子产品世界》2016年第3期第42页，欢迎您写论文時引用并注明出处。

日前有海外媒体报道称一家名為Tritium的澳大利亚公司发布了一款直流快速可充电电池桩，据官方宣称其可充电电池功率高达475kW突破了现有直流快充桩在可充电电池功率这一參数上的极限（此前投入运营的直流快充桩的最大功率为350kW）。该可充电电池桩与我们目前常见的国家电网60kW直流快充桩相比可充电电池功率提升了将近8倍所以如果不考虑电池因素，可充电电池时间或将能缩短相应倍率
Tritium目前作为可充电电池桩供应商，正为部署在欧洲的Ionity可充電电池网络供应350kW“超快”可充电电池桩于此同时，该公司并没有在可充电电池桩技术上止步不前就在上周该公司在荷兰阿姆斯特丹公咘了可充电电池功率可达475kW直流快充桩的新技术。