電動車充電器研究與設(shè)計(jì)

電動車充電器研究與設(shè)計(jì),電動車,充電器,研究,鉆研,設(shè)計(jì) 武漢理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 1、目的及意義（含國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析） 1.1 設(shè)計(jì)的目的及意義 從世界第一輛汽車問世，到現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)歷了百余年。縱觀這一百多年的發(fā)展歷程，汽車的發(fā)展可謂神速。到現(xiàn)在汽車已經(jīng)普及到了每家每戶，成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚拇焦ぞ?。但是，在為人類帶來便利的同時，又發(fā)現(xiàn)了許多我們不可忽視的問題。 近年來，呼吸道疾病、癌癥、頭痛等發(fā)病率迅速增加，均與環(huán)境惡化有關(guān)。所以環(huán)境保護(hù)問題已經(jīng)受到人們?nèi)找娴年P(guān)注。而面對傳統(tǒng)燃油汽車尾氣排放造成的污染及其對石油資源的過度消耗所引發(fā)的環(huán)境與能源問題, 電動汽車以其良好的環(huán)保、節(jié)能特性, 成為當(dāng)今國際汽車發(fā)展的潮流和熱點(diǎn)。電動汽車能夠通過改變汽車動力能源來有效避免燃油對環(huán)境的污染及稀缺資源的損耗。目前世界上許多發(fā)達(dá)國家的政府、著名汽車廠商及相關(guān)行業(yè)科研機(jī)構(gòu)都在致力于電動汽車技術(shù)的研究開發(fā)與應(yīng)用推廣。 電動汽車是指以車載電源為動力，用電機(jī)驅(qū)動車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項(xiàng)要求的車輛。由于對環(huán)境影響相對傳統(tǒng)汽車較小，其前景被廣泛看好，但當(dāng)前技術(shù)尚不成熟。電動汽車的種類包括純電動汽車(BEV)、混合動力汽車(HEV)、燃料電池汽車(FCEV)。 純電動汽車（BEV）是由電動機(jī)驅(qū)動的汽車。技術(shù)相對簡單成熟，只要有電力供應(yīng)的地方都能夠充電。 但是目前蓄電池單位重量儲存的能量太少，還因電動車的電池較貴，又沒形成經(jīng)濟(jì)規(guī)模，故購買價(jià)格較貴，至于使用成本，有些使用價(jià)格比汽車貴，有些價(jià)格僅為汽車的三分之一，這主要取決于電池的壽命及當(dāng)?shù)氐挠?、電價(jià)格?；旌蟿恿ζ囍改軌蛑辽倏蓮南牡娜剂虾涂稍俪潆娔?能量儲存裝置兩類車載儲存的能量中獲得動力的汽車。而燃料電池汽車則是以燃料電池作為動力電源的汽車。 電動汽車的組成包括：電力驅(qū)動及控制系統(tǒng)、驅(qū)動力傳動等機(jī)械系統(tǒng)、完成既定任務(wù)的工作裝置等。電力驅(qū)動及控制系統(tǒng)是電動汽車的核心，也是區(qū)別于內(nèi)燃機(jī)汽車的最大不同點(diǎn)。電力驅(qū)動及控制系統(tǒng)由驅(qū)動電動機(jī)、電源和電動機(jī)的調(diào)速控制裝置等組成。電動汽車的其他裝置基本與內(nèi)燃機(jī)汽車相同。所以電力驅(qū)動及控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)是電動汽車發(fā)展的關(guān)鍵。 因此電池及車載電池充電器成為電動汽車發(fā)展的首要關(guān)鍵。車載電動汽車充電器是電動汽車大規(guī)模商業(yè)化后不可缺少的組成部分。而提高對蓄電池的充電速度, 減少充電損耗, 正確地監(jiān)控和測量蓄電池狀態(tài), 對充分發(fā)揮蓄電池的功效、確保蓄電池的正確使用、延長蓄電池的使用壽命起著重要的作用。所以，如何實(shí)現(xiàn)車載充電器對蓄電池快速無損傷充電是電動汽車投入市場前必須解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文設(shè)計(jì)的充電器是一種加裝于電動汽車上的車載充電設(shè)備,充電機(jī)輸入源為220V、50Hz交流電網(wǎng)，充電機(jī)輸出端接蓄電池，蓄電池電壓范圍為200-380V，由用戶通過CAN總線控制。通過設(shè)計(jì)使電動汽車充電器滿足一下幾項(xiàng)基本性能要求： 1) 安全性：在電動汽車充電時，必須保證人員的人身安全和電池的安全。 2) 易使用性：充電器應(yīng)具有較高的智能性，不需要操作人員過多干預(yù)充電過程。 3) 低成本：價(jià)格廉價(jià)的充電機(jī)有助于降低整個電動汽車的成本，提高運(yùn)行效益，促進(jìn)電動汽車的商業(yè)化推廣。 4) 高效率：高效率是對現(xiàn)代充電器最重要的要求之一，因?yàn)樗麑φ麄€電動汽車的能量效率有著巨大的影響。 5) 對供電電源污染?。翰捎秒娏﹄娮蛹夹g(shù)的充電器是一種高度非線性的設(shè)備，會產(chǎn)生對供電網(wǎng)及其他設(shè)備有害的諧波污染。而且，如果充電器功率因數(shù)較低，在充電器負(fù)載增加時，其對供電網(wǎng)的影響也不容忽視。 6) 體積小、可靠性高。 1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析 電動汽車以電代油,能夠?qū)崿F(xiàn)“零排放”和噪音低，是解決能源和環(huán)境問題的重要手段。隨著石油資源的緊張和電池技術(shù)的發(fā)展,電動汽車在性能和經(jīng)濟(jì)性方面已經(jīng)接近甚至優(yōu)于傳統(tǒng)燃油汽車,并開始在世界范圍內(nèi)逐漸推廣應(yīng)用。以電 動汽車為代表的新一代節(jié)能與環(huán)保汽車是汽車工業(yè)發(fā)展的必然趨勢已經(jīng)成為普遍共識。充電系統(tǒng)為電動汽車運(yùn)行提供能量補(bǔ)給，是電動汽車的重要基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)，也是電動汽車商業(yè)化，產(chǎn)業(yè)化過程中的重要環(huán)節(jié)。在充電系統(tǒng)中，充電站的建設(shè)需要根據(jù)電動汽車的充電需求，結(jié)合電動汽車充電模式進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)。 電動汽車從動力技術(shù)上來講主要包括混合動力汽車，燃料電池汽車和純電動汽車。近年來，隨著環(huán)境污染和能源危機(jī)的加劇，世界各國電動汽車的研發(fā)方興未艾。在電動汽車研發(fā)布局中，出現(xiàn)了純電動車和燃料電池車，混合動力車“三駕馬車”并行齊驅(qū)的局面，電動汽車正在朝產(chǎn)業(yè)化方向一步步邁進(jìn)。 美國政府至今已出資數(shù)百億美元支持汽車廠商和相關(guān)廠商進(jìn)行電動汽車技術(shù)的開發(fā)研究。美國三大汽車公司1991年聯(lián)合成立了美國先進(jìn)電池聯(lián)合體，投入了415億美元，其中政府撥款2125億美元，共同開發(fā)鎳鎘、鎳氫、鋅空氣電池和燃科電池等各種高性能蓄電池。日、法、德等國各大公司也投入巨資研究開發(fā)高性能電池。 我國電動汽車的研發(fā)與國外在技術(shù)水平與產(chǎn)業(yè)化方面差距較小?！笆濉逼陂g，在國家863計(jì)劃電動汽車重大專項(xiàng)連續(xù)兩期的滾動支持下，我國在純電動汽車的核心部件研發(fā)，總成集成以及整車系統(tǒng)設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)了技術(shù)創(chuàng)新和跨越。自主研發(fā)的55輛純電動鏗電池汽車，25輛混合動力客車，75輛混合動力轎車 ，20輛燃料電池轎車，以及41輛純電動場地車等各種新能源汽車。 中國汽車產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃正式發(fā)布，規(guī)劃中稱，將實(shí)施新能源汽車戰(zhàn)略。規(guī)劃中稱，推動純電動汽車、充電式混合動力汽車及其關(guān)鍵零部件的產(chǎn)業(yè)化。掌握新能源汽車的專用發(fā)動機(jī)和動力模塊(電機(jī)、電池及管理系統(tǒng)等)的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，規(guī)模生產(chǎn)工藝和成本控制技術(shù)。建立動力模塊生產(chǎn)體系，形成10 億安時(Ah)車用高性能單體動力電池生產(chǎn)能力。發(fā)展普通型混合動力汽車和新燃料汽車專用部件。另外，啟動國家節(jié)能和新能源汽車示范工程，由中央財(cái)政安排資金給予補(bǔ)貼，支持大中城市示范推廣混合動力汽車、純電動汽車、燃料電池汽車等節(jié)能和新能源汽車。 我國電動汽車發(fā)展所存在的問題： 1) 制約電動汽車發(fā)展的技術(shù)瓶頸尚待突破； 2) 電動汽車的價(jià)格過高阻礙了電動汽車的普及和產(chǎn)業(yè)化； 3) 我國發(fā)展電動汽車的配套設(shè)施不夠完善。 電動汽車的發(fā)展包括電動汽車以及能源供給系統(tǒng)的研究和開發(fā)，其中能源供給系統(tǒng)是指充電基礎(chǔ)設(shè)施供電，充電和電池系統(tǒng)及能源供給模式。電動汽車充電技術(shù)作為一個新的科技領(lǐng)域，世界各國都置身于充電技術(shù)的研究，并擬制作充電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為未來企業(yè)發(fā)展占據(jù)先機(jī)。 因?yàn)槟壳半妱悠嚦潆娬窘ㄔO(shè)的規(guī)模小，數(shù)量少，所以電動汽車充電站相關(guān)技術(shù)大部分還處在實(shí)際應(yīng)用的初級階段。國際上電動汽車充電系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)主要是IEC發(fā)布的IEC61851:2001，該標(biāo)準(zhǔn)包括三個部分，分別為：一般要求、電動車輛與交流/直流電源的連接要求和電動車輛與交流/直流充電站。 我國根據(jù)國內(nèi)電動汽車的發(fā)展?fàn)顩r，于2001年制定了3個標(biāo)準(zhǔn)，這3個國家標(biāo)準(zhǔn)分別等同(或等效)采用了IEC61851的3個部分。近年來，電動汽車以及電力技術(shù)的快速發(fā)展，這些標(biāo)準(zhǔn)己不能完全滿足當(dāng)前的發(fā)展需求，而且這些標(biāo) 準(zhǔn)中缺乏通信協(xié)議，監(jiān)控系統(tǒng)等方面的內(nèi)容。目前國家電網(wǎng)公司為了規(guī)范內(nèi)部電動汽車的應(yīng)用，已經(jīng)頒布了6項(xiàng)與電動汽車充電站相關(guān)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 目前供電、充電和電池系統(tǒng)應(yīng)用集成技術(shù)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范研究的缺乏，仍然是電動汽車推廣應(yīng)用的主要薄弱環(huán)節(jié)，給電動汽車下一步的發(fā)展和充電設(shè)施的統(tǒng)一規(guī)劃帶來了很大的困難。能夠保證大規(guī)模充電站正常運(yùn)營的充電站監(jiān)控系統(tǒng)尚無成熟產(chǎn)品，充電站監(jiān)控系統(tǒng)和充電機(jī)間的通信協(xié)議和通信接口尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)可以遵循，各充電站之間也無信息聯(lián)系。 以上就是對國內(nèi)外電動汽車及其充電系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀的介紹，以及對電動汽車充電系統(tǒng)進(jìn)行了初步分析。 2、基本內(nèi)容和技術(shù)方案 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一款電動汽車車載充電器，充電器輸入源為220V@50Hz交流電網(wǎng)，充電機(jī)輸出端接蓄電池，蓄電池電壓范圍為200-380V，要求充電電壓由用戶通過CAN總線控制，標(biāo)稱電壓值320V，充電電壓紋波<1%，輸出功率7kw，也可通過CAN總線將充電機(jī)控制在電流模式下，輸出電流由用戶通過CAN總線控制，紋波電流<1%。對充電機(jī)電路架構(gòu)進(jìn)行選型，設(shè)計(jì)電路參數(shù)，建立電路模型并仿真；設(shè)計(jì)PID控制器，通過仿真確定PID參數(shù)。 2.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 2.1.1 設(shè)計(jì)的基本原理 設(shè)計(jì)的第一步是要了解設(shè)計(jì)的基本原理。首先根據(jù)任務(wù)書的要求了解設(shè)計(jì)的核心技術(shù)，然后通過翻閱資料對該設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行深入的了解和學(xué)習(xí)。在這個過程中得到一個基本的設(shè)計(jì)構(gòu)思，也就是接下來設(shè)計(jì)的一個雛形。 2.1.2 設(shè)計(jì)參數(shù) 通過閱讀任務(wù)書了解設(shè)計(jì)的參數(shù)要求。這些參數(shù)將決定接下來電路設(shè)計(jì)的元器件及其參數(shù)的選取。 2.1.3 設(shè)計(jì)方案與選擇 通過之前設(shè)計(jì)原理的了解與設(shè)計(jì)參數(shù)的確定，已對設(shè)計(jì)方案有了一個初步的構(gòu)思。當(dāng)然設(shè)計(jì)方案不一定是唯一的，這就要通過方案的比較進(jìn)行選擇。這個環(huán)節(jié)對接下來的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。 在選擇之前，當(dāng)然要確定兩個以上的候選方案。這就要通過大量的翻閱資料來確定。在羅列出候選方案之后要對各個方案進(jìn)行比較。當(dāng)然各種方案在安全的前提下是沒有絕對的好與壞的，這就要通過設(shè)計(jì)要求選取一個最適合的方案。在設(shè)計(jì)報(bào)告中要對各方案進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)的分析，然后縱向比較，說明選取某一方案的原因。接下來的設(shè)計(jì)將圍繞此方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。 2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 將選定設(shè)計(jì)方案進(jìn)行詳細(xì)介紹。具體將電路分成幾大部分，分別對各部分電路的工作原理及功能進(jìn)行詳細(xì)說明，并且最后畫出總電路圖。 2.3 設(shè)計(jì)仿真 將設(shè)計(jì)電路在Matlab軟件中進(jìn)行繪制并且進(jìn)行仿真。 在該過程中確定PID控制的參數(shù)，最后得到所要波形。并且要將繪制的總電路圖及最終波形截圖，在報(bào)告中進(jìn)行說明。 2.4 結(jié)論 該部分是對整個設(shè)計(jì)的一個總結(jié)，闡述整個設(shè)計(jì)的收獲與成果。 以上就是對畢業(yè)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容及設(shè)計(jì)方案的說明。 3、進(jìn)度安排 第1-2周：畢業(yè)實(shí)習(xí)，撰寫畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告； 第3-4周：翻譯外文資料，初步確定方案，完成開題報(bào)告； 第5周：確定最終方案，并進(jìn)行可行性分析； 第6-8周：硬件設(shè)計(jì)及程序代碼編制； 第9周：中期檢查； 第10-11周：綜合調(diào)試，根據(jù)結(jié)果完善系統(tǒng)； 第12-14周：完成論文撰寫； 第15周：論文答辯； 第16周：論文裝訂 4、指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日