充電機(jī)是采用高頻電源技術(shù)，運(yùn)用先進(jìn)的智能動(dòng)態(tài)調(diào)整充電技術(shù)。它采用恒流/恒壓/小恒流智能三個(gè)階段充電方式，具有充電效率高，操作簡(jiǎn)單，重量輕，體積小等特點(diǎn)，并具有反接、過(guò)載、短路、過(guò)熱等多重保護(hù)功能及延時(shí)啟動(dòng)，軟啟動(dòng)、斷電記憶自啟動(dòng)功能等。
　　純電動(dòng)汽車(chē)以鋰電池為動(dòng)力源，充滿電后，以電力做功推動(dòng)汽車(chē)。不同于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)需要添加汽油，純電動(dòng)汽車(chē)在電力耗光后通過(guò)外置電源對(duì)其進(jìn)行充電，通常單次行駛里程在100～200公里。與傳統(tǒng)汽車(chē)相比，純電動(dòng)車(chē)在使用成本上有著無(wú)以比擬的優(yōu)勢(shì)，百公里約消耗15度電，成本8元，僅相當(dāng)于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)成本1/10。
　　充電模式
　　電動(dòng)汽車(chē)能源供給系統(tǒng)主要由供電系統(tǒng)、充電系統(tǒng)和動(dòng)力蓄電池構(gòu)成。另外，還包括充電監(jiān)控、電池管理和煙霧報(bào)警監(jiān)控等。充電機(jī)是充電系統(tǒng)的重要組成部分。充電站給汽車(chē)充電一般分為三種方式：普通充電、快速充電、電池更換。普通充電多為交流充電，對(duì)于容量不超過(guò)5kW的交流充電機(jī)，輸入為額定電壓220V、50Hz的單相交流電，對(duì)于容量大于5kW的交流充電機(jī)，輸入為額定線電壓380V、50Hz的三相交流電。將交流插頭直接插在電動(dòng)汽車(chē)充電接口，充電時(shí)間大約需要4～8小時(shí)。快速充電多為直流充電，直流充電機(jī)輸入為額定線電壓380V、50Hz的三相交流電，輸出電壓一般不超過(guò)700V，輸出電流一般不超過(guò)700A。交流輸入隔離型AC/DC充電機(jī)的輸出電壓為額定電壓的50%～100%，并且輸出電流為額定電流時(shí)，功率因數(shù)應(yīng)大于0.85，效率應(yīng)不小于90%。
　　充電機(jī)應(yīng)能夠保證在充電過(guò)程中動(dòng)力蓄電池單體電壓、溫度和電流不超過(guò)允許值。充電機(jī)應(yīng)具備防輸出短路和防反接功能。充電機(jī)至少能為以下三種類(lèi)型動(dòng)力蓄電池中的一種充電：鋰離子蓄電池、鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池。
　　動(dòng)力電池組充電模式采用“恒流―恒壓”兩階段充電模式。充電開(kāi)始階段，一般采用充電倍率進(jìn)行恒流充電。在這一階段，由于電池的電動(dòng)勢(shì)較低，即使電池充電電壓不高，電池的充電流也會(huì)很大，必須對(duì)充電電流加以限制。所以，這一階段的充電叫“恒流”充電，充電電流保持在限流值。隨著充電的延續(xù)，電池電動(dòng)勢(shì)不斷上升，充電壓也不斷上升。當(dāng)電池電壓上升到允許的充電電壓時(shí)，保持恒壓充電。在這一階段，由于電池電動(dòng)勢(shì)還在不斷上升，而充電電壓又保持不變，所以電池的充電流呈雙曲線趨勢(shì)不斷下降，一直下降到零。但在實(shí)際充電過(guò)程中，當(dāng)充電電流減小到0.015C時(shí)，說(shuō)明充電已滿就可停止充電。這一階段的充電叫“恒壓”充電。此外，充電系統(tǒng)還必須具有自動(dòng)調(diào)節(jié)充電參數(shù)、自動(dòng)控制和自動(dòng)保護(hù)功能。充電過(guò)程及充電電壓、電流的變化如圖1所示。

　　圖1 充電曲線（n為電池組中串聯(lián)的單體電池個(gè)數(shù)）

　　常用充電設(shè)備為充電機(jī)，可分為直流充電機(jī)和脈沖充電機(jī)兩類(lèi)。目前使用最多的直流充電機(jī)是高頻開(kāi)關(guān)電源充電機(jī)。它具有體積小、重量輕、工作可靠、效率高、功率因數(shù)高、電網(wǎng)適應(yīng)能力強(qiáng)、功率可小可大，容易實(shí)現(xiàn)智能化等優(yōu)點(diǎn)。脈沖充電機(jī)可以減少電池在充電時(shí)產(chǎn)生的極化現(xiàn)象，從而提高電池的充電效率，減少充電時(shí)間，實(shí)現(xiàn)快速充電，但脈沖充電器技術(shù)有待進(jìn)一步研究。
　　電動(dòng)汽車(chē)充電時(shí)間長(zhǎng)，充電難是電動(dòng)汽車(chē)推廣應(yīng)用的一個(gè)難題。目前，電動(dòng)汽車(chē)的充電還是采用普通充電為主、快速補(bǔ)充充電為輔的充電方式。對(duì)于電動(dòng)公交車(chē)而言，充電站設(shè)在公交車(chē)總站內(nèi)。在晚間下班后利用低谷充電，時(shí)間5～6小時(shí)。全天運(yùn)行的車(chē)輛，續(xù)駛里程不夠時(shí)，可利用中間休息待班時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)充充電。充電器的數(shù)量和容量根據(jù)車(chē)隊(duì)的規(guī)模而定，充電站由車(chē)隊(duì)管理。按照上述充電機(jī)的功率配置，電力變壓器有效總功率約為3000kW以上。
　　目前汽車(chē)各大廠商紛紛研制上產(chǎn)油電混合動(dòng)力車(chē)和純電動(dòng)汽車(chē)。
　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　大功率電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)的輸入為額定線電壓380V、50Hz的三相交流電，輸出額定電壓700V，額定電流600A。系統(tǒng)采用19"標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架，結(jié)構(gòu)緊湊、布局合理、外型美觀大方。外型尺寸：高×寬×深為2200mm×600mm×600mm。采用60個(gè)模塊并聯(lián)，每個(gè)模塊10A/700V，模塊尺寸：高×寬×深為133mm×425mm×270mm，15層4列，分四個(gè)柜體安放，四個(gè)柜體可分開(kāi)運(yùn)輸，使用時(shí)緊湊左右排列。機(jī)架前門(mén)、后門(mén)均為雙開(kāi)門(mén)，方便檢修。電源進(jìn)線和匯流排輸出位置均在底部輸入。電源輸入斷路器及監(jiān)控單元觸摸屏安裝在主機(jī)中間控制柜前部。充電機(jī)控制結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

　　圖2 充電機(jī)控制結(jié)構(gòu)示意圖

　　開(kāi)關(guān)電源主回路設(shè)計(jì)
　　電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)采用的大功率高頻開(kāi)關(guān)電源的原理框圖如圖3所示，由三相橋式不可控整流電路對(duì)三相交流輸入進(jìn)行濾波整流，功率因數(shù)校正預(yù)穩(wěn)壓800V后經(jīng)高頻DC/DC半橋功率變換器，濾波輸出直流700V為動(dòng)力蓄電池充電。經(jīng)過(guò)分析計(jì)算，變壓器采用雙E65磁芯，初級(jí)線圈12匝，則根據(jù)輸出電壓700V、輸入電壓780V、占空比0.95可求得次級(jí)繞組圈數(shù)N2，N2=(12/780)×(700/0.95)=11.33，考慮漏感、次級(jí)整流壓降等因素取N2為12匝。

　　圖3 充電機(jī)電源的原理框圖

　　由于電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)為非線性負(fù)荷，會(huì)產(chǎn)生諧波，必須采取有效措施。為提高功率因數(shù)，降低輸入電網(wǎng)諧波，采用有源功率因數(shù)校正電路，如圖4所示。它采用三相三開(kāi)關(guān)三電平BOOST電路，工作在連續(xù)模式，開(kāi)關(guān)采用兩個(gè)MOSFET組合成的雙向開(kāi)關(guān)。圖中，開(kāi)關(guān)S1，S2，S3是雙向開(kāi)關(guān)。電容中點(diǎn)電位VM與電網(wǎng)中點(diǎn)的電位近似相同，因而通過(guò)雙向開(kāi)關(guān)S1、S2、S3可分別控制對(duì)應(yīng)相上的電流。開(kāi)關(guān)合上時(shí)對(duì)應(yīng)相上的電流幅值增大，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)對(duì)應(yīng)橋臂上的二極管導(dǎo)通(電流為正時(shí)，上臂二極管導(dǎo)通；電流為負(fù)時(shí)，下臂二極管導(dǎo)通)。其控制電路采用三個(gè)控制芯片UC3854A，相電壓通過(guò)三相隔離變壓器向UC3854A提供同步信號(hào)和預(yù)校正信號(hào)，電流反饋采用霍爾電流互感器，分別控制三個(gè)開(kāi)關(guān)，形成三個(gè)電流反饋內(nèi)環(huán)和一個(gè)電壓反饋外環(huán)的多閉環(huán)系統(tǒng)。該電路的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，每相僅需一個(gè)功率開(kāi)關(guān)。

　　圖4 三相三開(kāi)關(guān)三電平APFC電路拓?fù)鋱D

　　DC/DC功率變換器采用半橋電路拓?fù)?，功率器件少，控制?jiǎn)單，可靠性高。如圖5所示，采用MOSFET和IGBT并聯(lián)技術(shù)，充分利用了MOSFET開(kāi)關(guān)速度快和IGBT導(dǎo)通壓降低的優(yōu)點(diǎn)。由于輸出電壓較高，全橋整流對(duì)變壓器利用率高，比較適合用于這種場(chǎng)合。

　　圖5 MOSFET/IGBT并聯(lián)組合開(kāi)關(guān)電路

　　圖6 PWM強(qiáng)迫均流法工作框圖

　　系統(tǒng)采用PWM強(qiáng)迫均流法，工作框圖如圖6所示。這是一種系統(tǒng)電壓控制和強(qiáng)迫均流相結(jié)合的改進(jìn)方法，其工作原理是將系統(tǒng)母線電壓Us和系統(tǒng)的基準(zhǔn)電壓Ur相比較產(chǎn)生誤差電壓Ue，用該誤差電壓控制PWM調(diào)制器，得到的PWM信號(hào)去控制每一模塊的電流。這樣，每個(gè)模塊都相當(dāng)于電壓控制的電流源。這種均流方式高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，可控制模塊多，可以很方便地組成冗余系統(tǒng)。