充电

2024-06-24

充电（精选12篇）

充电篇1

是20世纪影响人类文明进程中极为重要的一个发现, 从早期的电线输电供电, 到后来电池的出现, 人类社会进入一个全新的文明阶段。充电电池的出现, 则让电池改变世界的进程再次深化。

可反复使用的充电电池, 不仅应用更便捷, 长期使用成本更低廉, 使用的时间更为长久, 从节能环保的角度也远比普通电池更有优势。据统计, 未来5年内, 可充电电池在供电电池市场所占的比例将从现在的45%提升到70%以上, 2011年生产95%的电池供电电子设备采用充电电池供电, 到2010年仅移动电话充电适配器就超过12.5亿个。可以说, 充电技术几乎伴随着电池供电系统渗透到我们生活中的每个角落, 你能想象自己处于一个无法充电世界中的生活吗?

充电技术趋势

充电技术包括电池充电、电容充电和电气充电, 本文重点讨论电池充电。电池充电是给蓄电池、可充电电池等设备补充电量的过程, 其原理是让直流电从放电相反的方向通过, 以使电池中活性物质恢复作用。

典型的充电系统主要包括几个部分, 交流到直流的AC-DC转换, 直流电压适配器的DC-DC转换, 数字电源管理单元, 以及电源监控部分和充电保护部分。由于现阶段充电系统和充电电池在不同应用中的尺寸大小、电压和功率、充电时间及充电环境千差万别, 所以充电系统的实际组成也相去甚远。比如汽车内的蓄电池充电与现在的电动车电池充电就是完全不同的两个系统, 而最常用的锂离子电池充电系统多集中在消费电子应用, 尺寸和效率的要求同样重要。

充电系统结构虽然简单, 但是对其系统的技术要求日益苛刻, 迫使充电系统不得不随时自我完善。在为一块块电池充电的同时, 借助半导体厂商与系统厂商的研发, 充电系统也在不断地自我“充电”。对充电系统的技术要求包括:系统小型化、速度与效率提升、空载待机功耗低、充电传输损耗小、通用性、安全性与充电可监控等。

随着储能产品的多样发展, 目前充电系统技术的主要要求涉及到系统安全、转换能效、高度集成以及使用便利等方面。例如, 多串电池应用需求的发展, 便携式移动设备充电接口的统一, 以及无线充电技术的完善等目前较为关注的市场和技术领域都涉及到这些。根据不同的应用场合, 对充电系统的要求也有所不同。例如在便携式应用中, 随着便携式产品用电需求的增长, 大容量的锂离子电池越来越多地应用于各种便携式设备, 充电技术发展的要求是加快充电速度, 减小充电方案的体积;而对于大功率的储能设备或者是汽车等应用场合, 由于使用了超大容量电池, 并且随着业界对于节能环保的要求, 锂离子电池正在取代传统的铅酸电池成为主力, 由于锂离子电池充电安全性的问题比较突出, 因此在这一领域, 更注重的是如何如何在加快充电速度的基础上保证充电系统和电池的可靠性。根据这些要求, 目前充电系统新的技术开发主要集中在开关充电, 无线充电以及电池均衡等技术。而这些技术中, 各自涉及到不少的半导体器件, 如充电器端的离线开关电源控制器, 功率半导体器件, 充放电管理芯片、电池监测芯片、功率开关管, 电池端的开关充电芯片, 电池的均衡保护前端器件, 完成保护均衡算法的MCU, 有时涉及稳压保护等半导体产品。意法半导体拥有完整的充电半导体解决方案, 包括:微控制器, 栅极驱动器, 电源管理IC, 功率器件 (二极管、IGBT、功率MOSFET、电源模块) , 运算放大器、PLM, 电能表IC, 传感器等。

提升充电效率与通用性

提升充电效率和缩短充电时间一直是半导体厂商在电池充电领域所致力改进的方向。对于便携式应用, 主要是使用更高效率的新工艺开关充电器芯片来达到这个高效率和大电流以缩短充电时间;而对于像电动汽车这种大功率的场合, Intersil资深应用工程师李林谈及该公司所致力的方向, 主要是研究更先进的电源转换拓扑结构控制芯片来提高充电转换器的效率, 包括正在考虑中的无线充电解决方案。而对于后端系统设计厂商, 还可以在接插件方面来下功夫, 以减小充电器与电池系统之间的阻抗, 提升充电电流来缩短充电时间。

在充电系统中, 电源监控, 数字电源管理和AC-DC转换三个部分在充电技术系统中都占有重要地位。AC-DC电源转换技术的好坏, 直接影响充电的效率和可靠性。特别是对中大功率的充电应用场合, 使用新技术可以做出效率更高, 功率密度更大的产品, 从而降低系统的开发和使用成本, 给用户带来好处。李林认为这部分是最有改进可能的一部分, 恰好这也是Intersil最关注的一部分。意法半导体也认为AC-DC是提升效率最主要的环节, 解决方法还包括引进新的半导体材料, 如SiC和GaN, 隔离的栅极驱动器也会导致更高的效率和系统集成。

TE Connectivity电路保护部应用工程经理郭涛指出, TE电路保护部致力于各类电路保护器件和提供电路保护方案。提升充电效率主要是提高充电电路的能量利用效率, 在满足充电电路正常工作的前提下尽可能采用低功耗设计。充电时间主要与锂电池技术和充电方案有关。在现有锂电池技术基础上, 缩短充电时间主要采取提高充电电流 (最大不超过1C) , 和减小涓流充电时间来实现。

TI电源管理产品业务发展经理程文涛特别提到, 手机及适配器制造商满足最新的要求是, 欧盟委员会整合性产品政策 (EC IPP) 规定的30mW以下5星级空载功耗标准要求。TI为此推出高效率UCC28700反激控制器, 其优势包括原边调节、恒压恒流, 非常宽的VDD输入电压范围, 支持很高的开关频率, 无需光耦反馈电路, 宽VDD输入电压及迟滞范围, 与低IDD待机电流支持更小的VDD电容器, 而且无需其它外部电路。另一方面, 某些手机与平板电脑的5W和10W充电器只支持某一品牌的设备, 给当前移动用户带来很大困扰。消费者购买新移动设备就需要新的充电器, 增加家中适配器的数量, 最终产生更多的电子垃圾。TI TPS2511智能USB充电控制器符合USB电池充电规范1.2版要求, 可为系统提供更多充电算法。该产品将电流限制USB电源开关与USB专用充电端口识别电路相整合, 可自动检测USB 2.0及3.0数据线路电压, 并提供正确的电气特征, 安全地为符合相关标准的设备充电。

电源保护与电源监控

由于充电电池需要反复使用, 而且在充电过程中尽管是直流充电, 依然会存在一定的瞬态电流, 所以充电系统在设计中必须进行一定的电源保护设计, 以确保对电池的损伤能降到最低。

郭涛强调, 具体到实际应用, 单只锂离子电池的充电电压最好保持在4.1V, 通过充放电管理芯片, 充电电流通常限制在1C以下, 否则会造成锂离子电池永久性损坏。锂离子电池充电系统通常采用恒流/恒压充电模式, 即先采用恒定电流充电, 电池电压不断上升, 当上升到门限电压时充电器应立即转入恒压方式 (4.1V+50mV) , 充电电流逐渐减小, 当电池充足电时, 电流降到涓流充电电流。在电池充电过程中, 长时间过充对电池造成的损伤是最为严重的事件, 极度情况下会引起电池爆炸着火, 伤及人身。为了避免此类事故, 电源部分通常采用限压技术或元件, 防止过高电压电源的误输入造成充放电管理系统电路的损坏;同时, 在电池电极附近安装聚合物型可恢复正温度保护器件, 在充放电管理系统失效时, 起到二次保护作用, 防止过充造成电池的毁坏。

除了在充电过程中加入相应电路保护功能, 充电过程中还需要通过对电池的电压及温度的监测, 针对电池的不同状态, 设计合理的充电曲线, 来调整不同状态下的充电电流来降低对电池的损伤。特别是对便携产品的锂离子电池充电, 如果不进行电池监控, 散热失控 (一种电池进入失控反应的状态) 会导致电池的温度快速升高, 最终产生爆炸等严重后果, 在某些低高温范围内应避免使用高充电电流和高充电电压的重要性。目前智能电池组包括了一个电量计、模拟前端和二级保护电路, 常常用于笔记本电脑应用中。电量计通过SMBus向系统提供电池的电池电压、充电和放电电流、电池温度、剩余电量以及可运行时间信息, 旨在优化系统性能。在各类电源监控电路部分, 郭涛认为, 可使用TE电路保护部的聚合物型自恢复保护器或者一次型保险丝, 防止由于各类操作和组装失误造成的电源短路故障。

电源监控同样也是提升充电效率的一个重要手段, 能够将充电信息传递给控制部分, 优化充电过程。充电系统中需要监控的参数主要包括充电电流, 充电电压, 充电器的温度, 电池的温度等信息, 而这些参数主要是通过ADC检测节点电压的方式来实现的, 如监控充电电流这一项, 由于在大功率应用中, 为了达到较高的检测精度, 一般使用精密电阻来进行检测, 但是为了不影响充电效率, 电阻的取值一般都非常小, 所以需要对检测信号进行放大, 而这时候电流放大器就特性就会非常重要。

软件的作用

软件在充电系统中扮演了非常重要的角色, 对硬件电路起到了不可忽视的补充作用, 使得充电系统的可控性和可移植性变得更强。例如通过软件算法对充电系统和电池进行监控, 可以极大地减少充电解决方案的硬件体积和成本, 增强充电系统的可靠性。李林表示, Intersil公司为自己的每一款充电芯片都提供必要的软件支持, 通过提供图形化的软件评估界面和相应的驱动程序, 以便系统厂商可以方便快速地进行产品设计, 从而缩短系统厂商的开发周期, 加快产品上市进程。软件具有更改灵活、便于扩展, 整体费用低等优点。随着嵌入式软件的发展, 软体在充电系统中的分量将越来越重。郭涛介绍, TE电路保护部提供业内先进的电路保护器件和完善的保护方案, 作为一个被动元件商, 现在还没有进入相关的软件领域。

新兴应用

电动汽车是最近一个非常热门的应用, 而普及电动汽车的诸多技术因素中, 充电系统现在是制约其快速发展的重要瓶颈。电动汽车充电系统不仅要求效率和充电时间, 更要求在安全和易用性上取得突破。这其中比较突出的要求包括, 通用性的充电接口与通用电量检测软件。

大功率电池供电设备不同于单节电池供电系统。由于需要使用多节电池进行各种串并联, 以实现所需的电池功率, 使得整个供电单元成为一个复杂的电池组。在这个电池组中任何一节电池芯出现问题, 都会导致整个电池组包失效并危害到使用者。如何保证电池组中每一节电池的安全, 如何用最经济的方式实现对每一节电池的监控, 如何保证在复杂的电池系统装配过程中不因各类疏忽或差错引起无法控制的危害, 这些都是与传统单节电池充电系统的不同和需要考虑的关键技术。

同时, 这类产品由于其应用的特殊性, 对可靠性要求比较严格, 因此对相应的半导体器件也提出了新的挑战。李林自信地表示, Intersil在这类产品上有单独的技术团队, 根据自身的优势, 为这类应用提供高可靠性的解决方案。针对于当下发展最活跃的锂电池电动车市场, Intersil推出了多个高性能的产品系列和解决方案, 如多节电池均衡保护模拟前端产品ISL78600, 在提供业界最快的循环电池电压扫描功能的同时, 耗电量低到只有几十微安, 并且提供业界最灵活的内部寄存器设置帮助客户实现不同的电池保护算法要求。再如更具灵活性的基于ISL6754的高效率非对称全桥ZVS电压转换拓扑结构, 这种新的架构在不增加硬件投入成本的前提下帮助客户将大功率充电系统的效率提升了一个等级, 为节能环保型充电器的入市奠定了坚实的基础。

除了电动车充电外, 无线充电则是消费电子领域的热门应用, 这方面请参考本刊2012年6月相关文章。而另一个值得关注的是太阳能与光伏发电后的充电系统, 这个系统的最大不同是直流发电后储存电能, 然后经过DC-AC转换后如何并入电网, 这其中最关键的是效率、持续性与兼容性。

充电篇2

充电风扇的保养方法

充电风扇电机的轴承多为含油轴承，收藏前要在加油孔内注入润滑油以保养。若是带摇头功能的电扇，要打开齿轮箱盖，把老化油脂剔除干净，重新抹上润滑脂。在包装时，如无原包装箱，除吊扇以外的其它风扇都要组装好，可用布或塑料薄膜等包裹，防止积灰。风叶要仔细收藏好，要平整，否则变形后会造成运转不平衡，风量小，噪声大，振动强，缩短使用寿命。

1、进行保养前必须切断电源，拔下电源插头。

2、外部清洁保养时使用厨房用洗涤剂擦拭，再用干净柔软的布擦净。

3、不得用化学药剂、酒精、去污粉除污，以免引起外表变形及变色，切忌用水直接冲洗。

4、在使用过程中如出现烫手，异常焦味，摇头不灵，轴承加热器转速变慢等故障时，不要继续使用，应及时切断电源检修。

5、收藏电扇前应彻底清除表面油污、积灰，并用干软布擦净，然后用牛皮纸或干净布包裹好。存放的地点应干燥通风避免轴承加热器挤压。

6、启动电风扇时，最好先用快档，待转速正常后，再调节到慢档运行。这样，不仅有利于保护电风扇，而且还可节约用电。

7、夏季使用电风扇时，急热后切忌吹风时间过长、风力过大，最好采用摇头、低速、自然风挡，而睡觉时以睡眠风为好。

充电风扇的工作原理

充电风扇起源于中国，也叫应急风扇或旅行风扇，通常由充电应急灯逐步发展延伸出来，所以一般还带有作应急照明用的灯管或者LED灯，内置安全可靠的密封免维护可充电蓄电池1-3个，一般情况下，充电时间需要6-8小时才能把电池充满电，放电时间在3-9小时，视乎电池的个数和容量，电池容量越大，充满电所需的时间越长，放电时间也会越长。

充电风扇可用于户外乘凉、车船载用、露营、停电应急、临时作业、流动摊位、学校宿舍、缺电时宠物降温等临时无电源供应之处，方便携带使用。

边骑车边充电的充电夹篇3

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新型的手机充电模式:无线充电篇4

现在社会中日常所用的电子产品都需要随时随地地进行充电, 所以人们也疲于使用各种插口及连接数据线。如果去掉这些数据线, 需要充电的设备也就摆脱了“线”的束缚。因此, 由于这种社会需求出现了无线充电技术。2010年9月1日, 全球首个无线充电的标准化组织———无线充电联盟在北京宣布将Qi无线充电国际标准率先引人中国。并起到了关键性的作用, 无线充电是不需要通过导线连接、插接其他辅助设备的充电技术。现在电子市场中也存在着类似的设备:例如诺基亚、小米、三星、华为等品牌的无线充电产品, 人们通过两线圈相互感应并进行电能转换的形式实现所谓的无线充电。不过, 该充电技术实现无线充电的前提必须是两线圈相靠极近, 而且传输效率也不是很高。除此之外, 这种无线充电器的使用有着很大的局限性, 注定这款设备的使用范围也很有限, 使得它不能被大众接受和推广。

现在的无线电力装置技术中, 传输的距离短, 但不能离发射端的线圈太远, 所以根本发挥不到真正“无线”的作用, 况且其输出的能量小, 只适用于电量需求小的用电电器, 故无线充电还有待于更大的提高。因为一直无法突破传输效率和远距离传输这几个关键性的难题, 所以使用的效果并不尽如人意。但是其发展空间还是非常巨大的。

无线充电设备的电磁能通过功能处理电路来进行电磁发射, 实现无触点一对多充电。较市场上针对性无线充电, 本装置优化了磁芯线圈的充电效率。采用LM324、肖特基二极管等优质元件, 更具有通用性, 其性能优越于普通元件。符合了当今社会节能的绿色思想, 在电路结构方面, 交流电经桥式整流和滤波电路滤波, 得到约20V的直流。作为充电控制部分的电源。为了保证电源管理模块可以正常运行工作, 电能的无线传输实际上由发射线圈和接收线圈组成。通过两个线圈的藕合作用实现的, 由两个线圈共同构成一个有磁线圈的变压器。

本装置采用电磁耦合原理, 将电能通过无线电磁能的形式传输给待充电设备。其结构主要由电源显示管理模块、电射电路模块、接收转换模块、充电模块共同组成, 功能模块如图1所示。

在接收单元空载情况下, 保持发射线圈和接收线圈同轴, 改变发射线圈和接收线圈间距, 测量接收单元两端电压DC。数据见表1。

由本装置的实验数据可以看出, 空载无线充电效率较市场现有的无线充电产品DC输出更高, 可用的传输距离更理想。

近年来, 随着新技术、高端材料的应用, 无线充电基本已经实现。依靠线圈之间的电磁感应的无线充电方式。但其工作距离短, 需要被充电的设备需要放置在充电座或者感应区之内。需要充电时, 发射器和接收芯片会同时自动开始工作, 充满电时, 同时就会自动关闭。充分的体现出节能的特点, 无线充电设备的效能接收只能在70%左右, 与有线充电设备相比, 效率确实不尽如人意, 但是它应具备充满自动关闭的功能, 避免不必要的电能消耗, 这一特点也被社会所需求。

中国是最大的手机销售市场, 而且世界上有60%的手机都产于中国, 所以无线充电技术肯定要在中国迅速发展。想要在手机上实现无线充电, 必须存在两个部分:发射器, 与电源连接, 负责向空间内发射电能。接受器, 一般安装在电子设备上, 用来接受电能。无线充电技术的优势在于方便、快捷和通用。不过其缺点就是效率不是很高。现今对便携式电子产品在充电时使用的数据线不仅仅可以进行充电, 同时还能把音频和视频文件通过USB接口传送到接收设备上。此外, 通过采用无线充电技术, 移动便携设备的公共充电站将会普遍的应用在社会当中。

试想在以后的社会中, 我们在咖啡厅, 办公室以及餐桌上, 只需要将手机安放在感应区域就可以享受充电这一“特权”, 可想而知是多么的方便快捷。到哪里都不会担心手机没电的苦恼。无线充电便携设备如果更方便, 可以更小型化, 那么对于手机的发展前途也是不可限量的。而且现在的智能家居方面也在慢慢转型为无线充电这一领域, 医疗方面想必也会使用到这一技术领域。就其社会实用性的特点是毋庸置疑的, 人人都希望简化, 而不喜欢繁琐。所以其以后必然是新兴设备。虽然无线充电技术已经占据部分市场, 但是必须要有一个共同的国际标准, 才能普及无线充电这一技术, 目前无线充电的通行标准是Qi标准, 这样在接受设备和发送设备之间才能拥有广泛的兼容性, 即使是不同的生产商, 不同的型号的产品之间也可以进行通用, 所以无线充电的技术标准化有着关键性的作用。

充电篇5

朋友有一12V 60AH汽车电瓶，让我帮忙做个充电器。本打算用旧ATX电源改一个，调整取样电阻，把12V输出改成14.6V，再加个限流就行了。后来一想，用电动车充电器改应该更简单些，而且效果也好的多，功率100W左右也够用了。所以找了个坏的电动车充电器，准备改成汽车电瓶充电器。现已改造完成，主要改造内容供大家参考。

我找的这个电动车充电器输入输出电源线都没有了，也没有标签，不知输出电压、电流，而且两个开关管都炸开了。IC用的是TL494＋HA17358，非常熟悉的半桥式开关电源。

一、主变压器改造

主变压器的拆开重绕，是整个改造中难度最大的一步，方法是：

1、确定原电源的输出电压电流，根据输出功率设计新电源的输出电流。根据R23、R41计算TL494 1脚电压为2.5V，根据R26、R27计算输出电压为44V。输出电流按2A计算，输出功率88W，改造后的充电器输出功率不应超过88W。12V电瓶充电限制电压14.7V，88W＝6A，对60AH的电瓶充电正合适。14.7V2、用电烙铁将变压器磁芯加热，拆开磁芯（磁芯易碎，温度高时更易碎！），输出电流＝完好的拆下磁芯是非常关键的一步，如果磁芯坏了市场上也能买到。

3、半桥式电源主变压器普遍采用三明治绕法，高压绕组分成两部分在最里层和最外层，低压绕组在中间，这样的好处是漏感小。拆掉外层的一次绕组，记清这一绕组的匝数和绕向。接着拆掉所有的二次绕组，只保留最内层的一次绕组，检查内层绝缘材料是否破损，必要时再加一层胶布，注意如果击穿将使次级输出带电，很危险！

4、这个电源变压器的次级主绕组共22匝，辅助绕组在5匝处抽头作为控制部分供电。次级绕组每匝电压2V左右，改造后也要保证每匝2V左右，高电压小电流可取稍高些，低电压大电流可取稍低些。

14.7V本电源＝7.35匝。2V原充电器输出电流2A，每匝2V，新充电器输出电流6A，变压器绕组、输出电感和整流元件压降都比原充电器的大，所以主回路取8匝，辅助绕组维持原5匝不变。

5、因为主辅绕组匝数都较少，辅助绕组又没什么电流，可以用很细的导线，所以就没必要采用抽头的绕法了。准备直径0.31的漆包线，绕法是双线并绕5 匝，一定要绕的密实平整，绕好后把一组的头和另一组的尾相接接到原接地端。两个二次绕组之间就不需要层间绝缘了，直接绕主绕组。准备直径1.0的漆包线（可以到电机修理部去找），绕法是双线并绕8 匝，一定要绕的密实平整，绕好后把一组的头和另一组的尾相接做为接地端。再用绝缘材料包好，这一层间是高压一定要包好绝缘材料。

6、最后把拆下的外层一次线圈按原匝数原方向绕回，方向错了相当于一次线圈短路。焊好外引线，二次侧使用原来的引角，外面再包上一层绝缘材料。装好磁芯，用胶粘牢。磁芯与骨架之间不能有缝隙，可以塞纸贴胶布等，否则重负载时变压器会吱吱叫。

改造后主回路电压是14V左右，取消辅助绕组直接用主回路给控制部分供电电压也合适，但此电源是自激启动，主回路带负载时启动将很困难甚至不能启动，因此还保留辅助绕组作为控制部分的电源。

二、输出电感改造

原来的电感是用磁环绕的，输出电流2A，现在输出电流6A，必须更换粗导线重新绕。将原绕组拆下，取直径1.35的漆包线，长度比原线圈短一点，绕在磁环上，绕完为止，匝数就不用数了。导线粗了还绕那么多匝绕不下，而且电流变大了，匝数过多磁环容易饱和。后来试验证明导线选细了，大电流时有些热。大电流时用多根细导线并联是好方法。

三、充电控制部分改造

1、电流控制

原充电器输出电流2A，用的是2W 0.22Ω的电阻，现电流6A，2W的电阻功率肯定不够了，0.22的阻值功率消耗也太大，所以直接用5W 0.1Ω的电阻与其并联作为新的电流取样电阻。阻值是原来的1/3左右，因此恒流值和恒压转浮充的电流值为原值的3倍左右。试了一下，恒流5.7A，恒压转浮充在1.5－2A之间，比较合适，不用调了。在R13上并电阻可降低恒流值，R14上并电阻可增大恒流值。在R30上并电阻可降低转换电流，R36上并电阻可增大转换电流。

2、电压控制

恒流、恒压充电时，D20、R42支路不起作用，R26、R27决定恒压值。为提高取样系数，将R41断开，TL494 1脚电压5V。恒压14.7V，取R26为2.2k，计算R27为4.23k，用4.7k和47k并联。取样回路要有2－5mA电流。浮充电时D20、R42支路起作用，使输出电压降低，改变R42的阻值可改变浮充电压值，将浮充电压设定为13.8V。原电路HA17358运放和TL494都用的是辅助电源供电，调试中发现输出功率变化时，辅助电源电压变化较大，这将直接影响浮充电压的设定值，因此将HA17358改为用主回路供电。浮充时HA17358的电源是稳定的13.8V，控制浮充电压时很准确，调整R42时也要在浮充状态下调整。

四、输出整流管的散热改造充电器改完接汽车灯泡做负载试验时，过几分钟输出整流管的散热器就烫手，赶快下电。分析原因是：原来整流管输出电流2A，散热是按2A设计的，现在电流变成了6A，产生的热量与电流的平方成正比，是原来的9倍，所以散热器烫手，必须对输出整流管的散热改造。充电器内空间有限，只能在原散热器上加装小的散热器。我用薄铝板把一二次的散热器连接起来了，又加了几个小散热器，这样改造完效果也有限，仍不能满足要求。原整流管用的是30A的快恢复管，如换用肖特基管导通压降可大大降低，因此发热量也会大大降低。本想换30A 100V肖特基管，但市场上不好买，只有60V的，耐压低了点。抱着试试看的心理换上了30A 60V肖特基管，还真行，发热量大大降低。更换的整流管的耐压至少是输出电压的4倍，电流至少是输出电流的3倍。

五、其它部分改造

1、输出滤波电容原来是63V 470u的，现在电流大了，换个25V 2200u的

2、原充电器的输出端还有一个防止电瓶向充电器反送电的二极管，5A的，现在输出电流6A，5A的二极管肯定是不行了，换大的空间又不允许，所以取消了，我换了个旧ATX电源上拆下的小电感。

3、开关电源不能空载，本电路中HA17358由开关电源主回路供电，但负荷较小，为可靠又在输出端并个电阻，两个300Ω 0.5W串联，替换原来的电阻。

4、用13009替换已炸开的两个开关管。原来的两个开关管是全塑封的，因此开关管与散热器间不需绝缘措施，新换的开关管外壳是金属的，必须采取绝缘措施。螺丝与开关管、开关管与散热器间都需加绝缘垫，与散热器绝缘，开关管与散热器之间的绝缘还需涂导热硅脂，以利散热。

六、上电调试

改造完成后配好输入输出线，全面检查一遍，先用稳压电源给控制部分加电，检查控制电路部分正常后再接市电调试。通电时要在220V回路串一个220V 60W的灯泡，防止短路扩大故障。调试时最好用汽车灯泡做负载进行，对恒压、恒流、浮充电压及转换电流都需调试。这个电源没有散热风扇，改造完后散热还是不理想，估计以前损坏的原因就是散热不好，所以要对输出功率限制。

充电篇6

抗雾霾利器，走到哪里都是好空气

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挑水果利器：能通过手机“看到”水果内部

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水下喷气机，让你秒变“飞鱼”

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家里停电或者出门在外，洗衣服是个难题。这个脚踏式迷你洗衣机能解决这个问题。它是圆柱形的，外壳由塑料材质制成，比较轻便，携带也方便。它内部由一个球形的内桶来替代传统洗衣机的滚筒，踩动底部的踏板可以令它转起来。它一次最多可洗涤3千克的衣服，洗衣服只需5分钟，全程用脚踩。它还有脱水功能，洗得快，干得快，虽然装得少，但整体效果和普通洗衣机也没啥区别，既省电，又不伤手。

功能强大的智能电热毯

想在冬天睡好觉，这款Nuyu 床垫是不错的选择。这是一张智能电热毯，在能够加热的基础上新增了自动调节温度的功能。它能根据睡眠者的年龄、体重和环境温度等数据，自动为床垫调温。它调温的依据是模拟人的昼夜节律变化，而非单纯加热。当你即将入睡时，它开始加温；你进入梦乡后，床垫会降温以适应人体的温度；你醒来前，它会再次加温，让人苏醒时更加自然舒适。

靠体温发电就能亮的手电筒

手电筒是家居必备用品，但装电池太费劲了，这个手电筒就无需电池，靠体温就能发电。它通过半导体，利用温差来获取电能。要知道，当两种不同的金属连接起来构成一个闭合回路时，如果两个连接点的温度不一样，就能产生微小的电压。通常人体温度为37℃，如果室温为27℃，此时便可以产生15毫安的电流。当然，因为发电效率有限，它不会太亮，但临时应急也足够了。

教你理财的智能存钱罐

它叫Ernit，是丹麦设计团队设计出的可爱的网络存钱罐，有着明亮眼睛和猪鼻子。它能够帮助你有计划地消费，即使是虚拟货币也可储存进去。你只要摸摸它，就能存钱，而且它每次收到存款都会叫一声。它会邀请你设置理财目标，这个目标可以多种多样，可以是自己的产品、给其他人的礼物，也可以是给慈善机构的捐赠。你还可查看自己的“存款”情况，如果猪鼻子周围的整个光圈都亮起来了，就说明目标已经达成了。

可变形的球形机器人

日本的研究人员研发出了一款可变形的球形机器人，它能够以滚动或行走的方式移动。它叫QRoSS，乍一看就像个球，机身内部还有4条机械腿，可以自动伸展并用4条腿走路，而且它还能够直接在地上滚动。该研发团队计划研发多种型号的该种机器人，以方便搜救，小型的可以以投掷的方式将其送达指定位置，大型的可以帮助人们运输货物等。

Gest：打字无需键盘

键盘、鼠标一直是计算机的标配，不过现在它们可以“退休”了。美国一个研发团队开发出一套智能手指Gest，可以模拟人敲击键盘的动作，实现电脑上的文字输入。使用时只要把黑色指环套在四个手指上，就可以通过蓝牙与电脑、移动设备连接。Gest上集成多达15个传感器，延迟仅40～60毫秒，能够清晰识别各种动作，包括打字、绘画、弯曲……

智能牙线分发器，一按就“吐丝”

每日除了早晚刷牙，还得用牙线，清洁过程才彻底，不过大部分人可能都不记得。Flosstime就是一款专门提醒你用牙线的小工具。它的表面是一个按钮，只要一按就会吐出牙线。Flosstime的周边加入了灯光特效，如果你每天都用，它就会展示蓝色灯光的笑容，一天不用，就会变色，几天不用就会变成红色。为了从小培养我们使用牙线，它还提供青蛙、蟹等造型的装饰，还有有双人模式，方便两人同时使用。

两眼两世界：仿变色龙头盔

变色龙的肤色能够随环境颜色的变化而变化，更神奇的是它还拥有非同寻常的眼睛。因为变色龙的大脑可以通过协调自己的眼睛来紧盯猎物，在捕猎时，两只眼睛可以独立转动，所以它们能同时从两个方向看到外界。英国的研究员根据变色龙的这一特点发明了一款名叫PolyEyes 2.0的头盔。它的外表像是双髻鲨的头部，戴上它你就能通过头盔内部的屏幕而拥有180°的视角，这是通过连接到电脑和屏幕上的旋转相机才能带来的视觉感。

充电篇7

对于诸位iPhone用家来说, 想必最头疼的就是耗电量的问题, 往往一天不到的时间, 你的手机就提早下班了, 要是有个紧急电话, 又发现电量不足, 那该是多悲哀啊。就拿上班族来说, 基本一到公司, 就把iPhone接在电脑上, 生怕它game over。

不过, 近日巴西设计师joaolammoglia制作的一套充电器让人眼前一亮。其实这是一个利用人类呼吸器就可以帮iPhone充电的概念面罩“aire”, 其原理便是将你呼吸中的动能经小型风力发电器转换成电力, 且室内室外兼用, 不管你是跑步, 还是睡觉, 只要你还有呼吸, iPhone便能充电。

不过这项发明听起来还是有些梦幻, 不知在未来能否上市, 但据JoaoLammoglia描述, 他非常有信心能让“aire”上市, 同时这项发明也获得了reddot颁发的《best of the best 2011 design》奖项, 看来还是有潜力的, anyway, 还是让我们耐心等待吧!

蓄电池的充电工艺规范与充电方法篇8

1.初充电

新普通蓄电池或修复后的蓄电池 (更换极板) 在使用之前的首次充电为初充电。初充电的目的在于消涂蓄电池在库存期间极板表面产生的轻微硫化, 使活性物质得到更好的恢复, 以保证蓄电池的容量。初充电步骤如下:

(1) 检查蓄电池外壳有无破裂, 拧下加液口盖的螺塞, 检查通气孔是否畅通。

(2) 根据不同季节和气温选择电解液密度, 将适当密度, 温度低于30 ℃的电解液从加液孔处缓缓加入蓄电池内, 液面要高出极板上沿10～15 mm。

(3) 蓄电池加入电解液后, 静止3～6 h, 让电解液充分浸渍极板。此时由于电解液充分渗透到极板内部, 容器里的电解液减少, 液面下降, 应再加入电解液把液面调整到规定值。待蓄电池内温度低于30°时, 将充电机与蓄电池相连, 准备充电。

(4) 初充电按充电规范进行, 因为新蓄电池在储存中可能有一部分极板硫化, 充电时容易过热, 所以初充电的电流选用的较小, 充电分两个阶段进行。第一阶段的充电电流约为蓄电池额定容量的1/5, 充电至电解液中有气泡析出, 蓄电池单格端电压达到2.4 V。第二阶段充电电流约为蓄电池额定容量的1/30。

(5) 在充电过程中, 应经常测量单格电池的端电压和电解液密度, 当电压达到2.4 V时, 应及时转入第二阶段充电, 直到电压和电解液密度在2～3 h内不再变化, 并有大量气泡放出为止。初充电的充电时间约为45～65 h。

2.补充充电

补充充电即使用中蓄电池的充电。当蓄电池在使用中出现起动无力, 前照灯暗淡, 或电解液密度下降到1.20 g/m3以下, 以及冬季放电超过25%和夏季放电超过50%时, 就要及时进行补充充电。

补充充电的工艺与初充电基本相同, 其不同点是:充电前不需加注电解液, 当液面过低时, 一般需补充蒸馏水。另外, 充电电流的选择是:第一阶段为蓄电池额定容量数值的1/10, 第二阶段是第一阶段的一半, 为额定容量数值的1/20, 补充充电时间约13～16 h。

对于干荷蓄电池, 由于极板处于干燥的已充电状态, 所以使用时, 只需加满电解液后, 静放20～30 min即可装车使用, 减少了初充电工序, 提高了使用方便性。但是对于已超过有效储存期的干荷蓄电池, 由于极板部分氧化, 因此在使用前应补充充电5～10 h后再用。

3.去硫化充电

蓄电池发生硫化现象后, 内阻将显著增大, 充电时温升也较快。硫化严重的蓄电池就只能报废, 硫化程度较轻的可以用去硫充电法加以消除。具体操作如下:

(1) 首先倒出原有的电解液, 并用蒸馏水清洗两次, 然后再加入足够的蒸馏水。

(2) 接通充电电路, 将电流调到初充电的第二阶段电流值进行充电, 当密度上升到1.15时倒出电解液, 换加蒸馏水再进行充电, 直到电解液密度不再增加为止。

(3) 以10 h放电率放电, 当单格电压下降到1.7 V时, 再以补充充电的电流进行充电、再放电, 再充电, 直到容量达到额定值80%以上, 即可使用。

4.循环锻炼充电

循环锻炼充电是为了使极板的活性物质得以充分利用, 保证蓄电池容量不下降的一种方法, 在蓄电池正常补充充电 (或间歇充电) 之后, 用20 h放电率进行放电, 然后再实施正常补充充电。一般要求循环锻炼后的蓄电池容量应达到额定容量的90%以上, 否则应进行多次充放电循环。

5.间歇过充电

蓄电池充电终了后, 继续充电是有害的, 但考虑到蓄电池在机械上经常处于充电不足或部分放电状况, 可能产生硫化现象, 因此每隔一定时间, 在完成补充充电的基础上, 应进行一次预防硫化的过充电, 即有意识地把充电时间延长, 让蓄电池充电更彻底些, 以消除可能产生的轻微硫化。具体做法如下:

充电篇9

电动汽车作为一种新型交通工具,在缓解能源危机、促进环境与人类和谐发展等方面具有很大的优势。大力发展电动汽车,可以优化能源供应结构,有效地减少中国对石油资源的依赖,保证中国经济发展中的能源安全,是解决能源战略安全问题的重要措施,也是确保经济、社会可持续发展的必然选择[1,2]。

电动汽车充电设施建设是电动汽车产业健康发展的前提和基础。2010年2月国家电网公司发布了《国家电网智能化规划总报告》,对电动汽车充电设施建设提出了明确的规划:到2015年,国家电网公司将累计建设4 000座电动汽车充电站;到2020年,国家电网公司将累计建设10 000座电动汽车充电站。一个完整的充电站主要包括供电系统、充电系统、监控系统及其他辅助设施。其中,充电系统主要包括交流充电桩和非车载充电机,是充电站的核心设备。

非车载充电机是一种利用现代功率电子变换和控制技术将电网交流电能转变为直流电能的功率变换装置,其整流部分根据容量的不同可由多台充电模块并联组成。结合目前主流电动汽车动力电池的充电需求,本文给出了一种采用LLC串联谐振控制的500 V/25 A(电压调节范围200～500 V)电动汽车大功率高频开关整流充电模块的总体设计方案,详细介绍了充电模块主电路、控制电路的实现方法。针对该电路存在的空载或轻载输出电压上升、参数设计困难等缺点[3,4],本文提供了一种解决方案,并定量地给出了充电模块输入电压、开关频率、输出电压等参数的相互关系。

1 充电模块设计方案

1.1 总体设计

图1给出了充电模块的原理框图。根据各组成部分功能的不同,该模块可分为功率变换主电路、采样与控制电路、输入输出保护电路、通信和均流电路、显示及操作界面等几个部分。本文主要介绍功率变换主电路设计和控制电路设计方案。

1.2 功率变换主电路设计

功率变换主电路采用半桥LLC串联谐振电路,如图2所示。其中,Uin为三相输入整流后的直流电压值,Uo为充电模块输出直流电压。为便于后文分析,充电机负载用电阻Ro代替,变压器用励磁电感Lm和理想变压器T1代替。由于单模块为高压大功率输出,Q1和Q2分别通过6个型号为27N80的金氧氧化物半导体场效应管(MOSFET)并联实现,输出整流二极管型号为DESI60-10A。

该电路具有如下优点[5,6,7]:拓扑结构简单,功率密度高,初级开关管可实现零电压开关且关断电流小,次级整流二极管可实现零电流开关,变换效率高,可高频化。

一般情况下,由于励磁电流比较大,原边MOS管很容易获得零电压开关。同时,由于变压器原、副边电流波形接近正弦波及输出电容的钳位,输出整流二极管上没有电压和电流尖峰。因此,LLC串联谐振DC/DC变换器能获得很高的效率及良好的电磁兼容性能。

1.3 控制电路设计

传统的LLC串联谐振变换器通过调节功率管开关频率来实现稳定工作。研究[8,9,10]表明,该变换器输出电压增益M与开关管工作频率f之间成反比关系:工作频率越高,M越小,输出电压越低;工作频率越低,M越大,输出电压越高。因此,在空载和轻载时,为了稳定输出电压,功率管工作频率需要升得很高,从而产生磁性器件难以优化和空载损耗过高的问题。

为解决上述问题,设计了以SG3525(以下简称3525)为核心的控制方案,具体电路如图3所示。

图3所示的控制电路主要由电压比例—积分(PI)调节器和电流PI调节器、多个比较器、3525及外围电路组成。变换器工作在输出空载或者轻载、深度限流等工作状态时,为了避免功率管工作频率过高,脉宽调制(PWM)调节模块通过比较器判断使得3525的PWM脉冲的占空比间歇性为0,以保证变换器稳压或者稳流输出,且损耗极低[11]。其他情况下,变换器无论工作在稳压状态还是稳流状态,3525均通过PFM调节模块恒定输出占空比为50%的脉冲,功率管开关频率随负载变化而变化。通过调节开关频率调节充电机输出电压和输出电流,进而使上述控制方案可满足电动汽车动力电池的恒压—恒流充电、智能充电等各种充电需求。

2 输出电压特性分析

对于采用变频控制的LLC串联谐振变换器,其输入输出电压与开关管的工作频率及主电路的谐振

频率、谐振电感和谐振电容等参数密切相关,而找到上述参数之间的关系是LLC串联谐振变换器设计的关键。为获得充电模块的输出电压特性,本节对该变换器的主电路工作过程进行分析,定量给出开关管开关频率大于、等于和小于变换器谐振频率时的输出电压,为充电机的设计提供指导。

2.1 开关频率高于谐振频率

为便于分析,假定图2所示的充电模块主电路所有器件均为理想器件。

开关频率高于谐振频率(fk>fr)时,将图2所示变换器负载折合到原边的等效模型如图4所示。

由于谐振电容上的直流电压分量为输入电压的一半,将直流分量移出来,从下管Q2的端口看进去,开关管的开关效果相当于在其端口加上幅值为输入电压一半、开关频率为工作频率fk的方波,变压器原、副边得到的是与其有一定相移、同频率的方波,副边方波电压的幅值即为输出电压Uo。负载电阻折合到变压器原边后的电阻值为Rp=n2Ro。

图4中输入电压uin为幅值是输入电压一半、开关频率为工作频率fk的方波信号。输出电压up可以表示为:

$u_{p} = \frac{\frac{j ω L_{m} (n^{2} R_{o})}{j ω L_{m} + n^{2} R_{o}}}{j ω L_{r} + \frac{1}{j ω C_{r}} + \frac{j ω L_{m} (n^{2} R_{o})}{j ω L_{m} + n^{2} R_{o}}} u_{i n} (1)$

式中:ω=2πfk。

由分析可知,折合后变压器原边电压up已经不再是一个方波,因此计算幅值大小时要乘一个折合系数λ,通过对式(1)取模值,得到变压器原边电压的幅值Up与输入电压幅值Uin大小的关系为:

$U_{p} = λ | \frac{\frac{j ω L_{m} (n^{2} R_{o})}{j ω L_{m} + n^{2} R_{o}}}{j ω L_{r} + \frac{1}{j ω C_{r}} + \frac{j ω L_{m} (n^{2} R_{o})}{j ω L_{m} + n^{2} R_{o}}} | \frac{U_{i n}}{2} (2)$

通过数据分析,当λ=fr/fk时,式(2)与实际结果最接近。变压器副边电压幅值Uo与原边电压关系为Uo=Up/n。则Uo与Uin、工作频率fk等各参数之间的关系为:

$U_{o} = \frac{f_{r}}{f_{k}} | \frac{\frac{j 2 π f_{k} L_{m} (n^{2} R_{o})}{j 2 π f_{k} L_{m} + n^{2} R_{o}}}{j 2 π f_{k} L_{r} + \frac{1}{j 2 π f_{k} C_{r}} + \frac{j 2 π f_{k} L_{m} (n^{2} R_{o})}{j 2 π f_{k} L_{m} + n^{2} R_{o}}} | \frac{U_{i n}}{2 n} (3)$

2.2 开关频率等于谐振频率

当开关频率fk等于谐振频率fr时,MOS管Q1和Q2的开关动作恰好发生在励磁电流im为最大值且该值与谐振电流il相等时,谐振电流il波形为理想的正弦波。此时ω=2πfr=2πfk。由式(3)可得,Uo与Uin的关系为:

$U_{o} = \frac{U_{i n}}{2 n} (4)$

2.3 开关频率低于谐振频率

开关频率fk低于谐振频率fr时,变压器原、副边电压已经不再是方波电压,变换器各关键参数之间的关系可按下述方法分析。

设谐振电流il为:

$i_{l} = A s i n (ω t + φ) (5)$

则变压器副边电流为:

$i_{s} = n (i_{l} - i_{m}) = n A s i n (ω t + φ) - n i_{m} (6)$

不计变换器的损耗,则半个开关周期内变压器副边向输出滤波电容传递的能量等于半个开关周期输出滤波电容向负载传递的能量,即

$\begin{array}{l} U_{o} \int_{0}^{\frac{1}{2 f_{r}}} i_{s} d t = U_{o} \int_{0}^{\frac{1}{2 f_{r}}} n A \sin (ω t + φ) - \\ U_{o} \int_{0}^{\frac{1}{2 f_{r}}} n i_{m} d t = \frac{U_{o}^{2}}{R_{o}} \frac{1}{2 f_{k}} (7) \end{array}$

由于励磁电流im在这半个周期内正负对称,积分为0,式(7)变为:

$U_{o} \int_{0}^{\frac{1}{2 f_{r}}} n A s i n (ω t + φ) = \frac{U_{o}}{2 f_{k} R_{o}} (8)$

同样,不计损耗,半个开关周期内输入电压传出的能量等于一个开关周期内输出电容向负载传递的能量,即

$\begin{array}{l} U_{i n} \int_{0}^{\frac{1}{2 f_{k}}} i_{l} d t = U_{i n} \int_{0}^{\frac{1}{2 f_{r}}} n A \sin (ω t + φ) + \\ U_{i n} \int_{\frac{1}{2 f_{r}}}^{\frac{1}{2 f_{k}}} n i_{m} d t = \frac{U_{o}^{2}}{R_{o}} \frac{1}{2 f_{k}} (9) \end{array}$

分析可知,式(9)中励磁电流im在积分时间1/(2fr)～1/(2fk)内近似不变,其值为:

$i_{m} = \frac{n U_{o}}{4 L_{m} f_{r}} (10)$

将式(8)、式(10)代入式(9)可得:

$\frac{U_{o}}{U_{i n}} = \frac{1}{2 n} + \frac{(f_{r} - f_{k}) n R_{o}}{8 f_{k} f_{r} L_{m}} (11)$

3 原理样机实验结果

3.1 主要设计参数

输入交流电压:380 V交流(±20%);

输出最高电压:500 V直流(变化范围200～500 V);

最大输出电流:25 A;开关频率:25～140 kHz;

输入功率因数:≥0.90;效率:≥92%;

稳压精度:≤0.5%;稳流精度:≤0.5%;

纹波系数:≤0.5%;空载损耗:≤30 W。

3.2 实验数据

表1给出了输入电压在正常工作范围内变化、负载电流从0到满载变化时,充电模块不同输出电压时的稳压精度和纹波系数实验数据。其中,Ie为充电模块额定输出电流(25 A)。

表2给出了输入和输出电压均在正常工作范围内变化时,充电模块输出稳流精度实验数据。

表3给出了500 V直流输出、不同输入电压和负载时充电模块输入功率因数和效率实验数据。

经测试,该充电模块在不同输入和输出情况下的空载损耗仅为16 W左右。由于目前实际充电的电动汽车数量比较少,减少充电机空载待机损耗、提高充电机效率有助于大幅度降低电动汽车充电设施的运营成本。

上述实际测试数据表明,该充电模块所有性能参数完全满足设计要求。

3.3 实验波形

图5给出了空载情况下充电模块谐振电感电流波形。显然,谐振电感电流为间歇性工作方式,可有效降低开关管开关损耗。此外,间歇性控制方式也可确保该变换器在空载工作时输出电压保持稳定。

图6给出了开关频率高于谐振频率时变压器原边电压和谐振电感电流波形。

显然,谐振电感波形大部分时间处于正弦谐振状态。这种工作方式可有效降低充电模块电磁干扰,提高其电磁兼容性能。

4 结语

本文介绍了一种基于LLC串联谐振控制的电动汽车非车载充电机充电模块,给出了模块主电路和控制电路的设计方案,分析了该充电机输出电压特性。原理样机的试验结果表明,该充电模块具有较高的转换效率,很低的空载损耗,性能参数完全满足设计要求。目前,该充电机已在国内多个电动汽车充电站中得到应用,运行稳定,有推广应用价值。

参考文献

[1]陈清泉,詹宜巨.21世纪的绿色交通工具———电动车[M].北京:清华大学出版社,2000.

[2]陈清泉,孙逢春,祝嘉光.现代电动汽车技术[M].北京:北京理工大学出版社,2002.

[3]谢小高,张军明,钱照明.一种具有自限流功能的LLC谐振变流器拓扑[J].电力系统自动化,2006,30(1):64-67.XIE Xiaogao,ZHANG Junming,QIAN Zhaoming.New LLCresonant converter topology with self current-limitation[J].Automation of Electric Power Systems,2006,30(1):64-67.

[4]顾亦磊,吕征宇,钱照明.三电平LLC谐振型DC/DC变换器的分析与设计[J].电力系统自动化,2004,28(16):67-71.GU Yilei,LZhengyu,QIAN Zhaoming.Analysis and designof a three-level LLC resonant DC/DC converter[J].Automationof Electric Power Systems,2004,28(16):67-71.

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[6]CAVALCANTE F S,KOLAR J W.Design of a 5kW highoutput voltage series parallel resonant DC-DC converter[C]//Proceedings of IEEE Power Electronic Specialist Conference,June 15-19,2003,Acpulco,Mexico:1807-1814.

[7]HUANG Guisong,ZHANG A J,GU Yilei.LLC seriesresonant DC-to-DC converter:USA,6344979[P].2002.

[8]LAZAR J F,MARTINELLI R.Steady-state analysis of theLLC series resonant converter[C]//Proceedings of IEEEAPEC,March 4-8,2001,California,CA,USA:605-609.

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充电篇10

随着世界汽车工业的发展和居民生活水平的提高，我国汽车保有量迅速增长。与此同时，世界性能源短缺和环境污染问题也日益突出。而电动汽车作为新一代交通工具，以其节能、环保的优点，受到各国政府的广泛关注。世界各国纷纷出台政策，把电动汽车的发展放到重要的战略地位，我国也正在大力发展电动汽车产业，并出台了一系列的发展政策[1,2]。

然而随着电动汽车的大规模发展和普及，势必会对配电网产生影响，特别是造成配电网负荷的峰谷差增大、馈电损耗增加、变压器过载、电压跌落等负面影响[3,4,5,6]。同时，大规模电动汽车广泛接入电网，其使用特性在时间和空间上的移动性和随机性，使电动汽车负荷很难进行精确建模。

充电站作为电动汽车和电网进行能量交换的媒介，在运营和调度上，都对电网和电动汽车用户产生很大的影响。充电站的有序运营是实现大规模电动汽车有序充电的基础。而且，充电站内电动汽车有序充电对于提高配电网运行的经济性和降低电动汽车负荷对配电网正常运行的不利影响具有重要的意义。

在电动汽车与电网互动方面，国内外学者已经进行了大量的研究工作。其中，文献[7]在理论上论证了配电网馈电损耗、负载率和负荷方差三者的关系，提出了降低网络损耗的有序充电方案，进一步仿真得出了将负载率和负荷方差作为优化目标的有序充电方法计算速度更快;文献[8]提出了时序最优潮流(Time Coordinated Optimal Power Flow,TCOPF)的方法，通过对PHEV(Plug-in Hybrid EV)的储能单元进行控制以及改变变压器分接头的操作来进行有序控制;文献[9]提出在以换电站作为储能系统的区域独立供电系统中，以经济利益最大化作为目标函数，得到区域独立供电系统的运营方案;文献[10]以负荷峰谷差最小为目标函数，提出利用动态插值的方法进行有序充电控制。文献[11]提出以充电站运营经济最大化为优化目标，以配电变压器容量和用户需求为约束的有序充电方案。

在上述研究中，大部分优化过程是离线的。离线运行是指在每天运营之前提前得到有序充电方案。由于实际的充电站运营情况往往不能和预测情况完全一致，因此离线控制过程一般不够精确，有必要提出一种在线的实时运营方案。

本文旨在提出一种充电站动态有序充电的优化方法，以配电网负荷方差最小为优化目标，以充电站的规模、用户需求等为约束条件，基于粒子群优化算法建立优化模型，降低快速充电站对配电网负荷波动造成的不利影响，在实现电动汽车有序充电控制的同时，有效改善配电网的负荷特性。

1 动态优化策略与数学模型

1.1 动态优化策略

动态优化策略，在本文中是指在规定的时间范围制定有序充电的动态方案。在动态优化过程中，需要将优化总时长分成若干时间段分别进行优化。时间段分割的越短，优化越精确，而精度的提高会极大增加计算量和计算时间。

根据文献[11,12]中对电动汽车运行特性的分析可以看出，电动汽车的充电负荷主要是由其起始充电时刻和充电时长决定的。本文以每辆车的起始充电时刻作为优化的目标变量，每辆车的充电时长由车辆起始充电时电池的荷电状态(State of Charge,SOC)决定。在有序充电模型中，通过分时段优化对目标变量进行求解。

1.2 动态优化的目标函数

本文旨在通过分时段优化来减小充电站负荷接入对配电网的影响，因此将每个时间段的目标函数

确定为使得配电网的负荷率最大，或负荷方差最小[7,13]。根据文献[7]中的分析和建议，本文采用使配电网负荷方差最小的方法。在优化中，常规负荷采用负荷预测的结果，充电负荷采用充电站实时运行的结果。

式中：i表示离散的时间分量，记为第i时刻;n表示总优化时间，在优化初始时设定;LDi表示第i时刻的配电网总负荷，包括常规负荷和充电站负荷;LDaverage表示在时间n内，配电网总负荷的平均值;LDgrid-i表示第i时刻的常规负荷值，是负荷预测的结果，不随优化过程而改变;LDstation-i表示第i时刻的充电站负荷，随优化结果实时变动。其中，充电站负荷忽略照明等日常负荷。

1.3 动态优化的约束条件

本文中主要以充电站规模、电动汽车用户的需求等为约束条件，如下：

(1)要求充电站所在配电网下的总负荷要小于变压器的配电容量。

式中：LDmax表示配电网总负荷峰值;ST表示配电变压器容量。

(2)要求所有的时间参数符合电动汽车的运行规律。Tin-j、Tstart-j、Tc-j、Twait-j和Tout-j分别为第j辆车进入充电站的时刻、起始充电时刻、充电持续时间、在充电站可以等待的时间以及离开充电站的时刻，则显然有

其中，Twait-j为用户设定值。

(3)在充电过程中，需要保证车辆的充电功率在充电机的功率限制之内。

式中：Pch-min、Pch-max分别为充电机功率下限和上限;Pji是第j辆车第i时刻的瞬时功率。

(4)优化过程中SOC符合以下限制。

式中：SOCji表示第j辆车第i时刻的SOC值;SOCmin、SOCmax分别表示设定的SOC下限和上限;在本文中SOC上限为100%，下限为10%。

(5)充电站内电动汽车充电为先恒流后恒压模式[14,15]，如图1为不同起始SOC条件下的电动汽车充电曲线，可以看出5条充电曲线的充电部分几乎完全重合，则可以在模型中认为不同起始SOC下的充电功率曲线是整条曲线中的一部分。充电功率曲线可以由起始SOC决定。

其中，SOCs-j为第j辆车的充电起始SOC值。函数f和g都可以通过图1求解。

2 动态优化控制算法和步骤

2.1 动态循环过程介绍

动态优化的最终优化结果是得到进入充电站的每辆车的起始充电时刻。在本文中以15 min作为一个时段。在每个时段更新车辆数，进入寻优算法，得到最优结果并更新负荷曲线，然后进入下一时段的优化，并对之前的优化结果做出修正，由此得到仿真总时长的运营方案。

2.2 动态优化的控制算法

动态控制算法是利用粒子群算法作为优化的基本算法，在每个动态循环中进行调用，从而完成动态优化过程。

粒子群算法[16,17,18,19,20]是从鸟类生物种群行为特征中得到启发并用于求解优化问题，在粒子群算法中，每个个体称为一个“粒子”，其实每个粒子代表着一个潜在的解。每个粒子对应一个由适应度函数决定的适应度值。粒子不断调整位置，实现个体在解空间中寻优。

在每次迭代中，粒子根据式(10)、式(11)分别更新速度和位置。

式中：i=1,2，…，m,m为粒子规模，本文中取20;d=1,2，…，D,D表示单个粒子的维度;k是迭代次数，本文中k取400,r1和r2为[0,1]之间的随机数，这两个参数是用来保持群体的多样性。c1和c2为学习因子，为常量，本文中取值均为1.494 45。

在每次调用中，粒子群算法的变量为每辆车的起始充电时刻，其维度D即为参与该时段动态优化的车辆数，由每时段仿真的随机过程而定。

2.3 动态优化步骤

1)生成车辆初始参数

每辆车进入充电站后，车辆基本信息通过监控系统输送到充电站控制中心，在本文中采用随机模拟的方法生成。主要包括以下几项：

(1)生成车辆数计数向量：Vnum

Vnum代表每时段进入充电站的车辆数，根据运营经验，采用正态分布来生成。n为仿真总时长，np表示每时段时长，np=15 min。则总时段数Period为

(2)生成车辆等待时间向量：Twait

N表示规定总时间内进入充电站的总车辆数。

用1N的Twait来表示用户在充电站内可等待的时间。

可以看出，第j辆车Tin-j是通过Vnum中车辆的到达时刻来确定，Tstart-j却是由优化算法的结果来确定。Tout-j由Tin-j和Twait-j共同确定。

(3)生成剩余SOC向量：SOC

用1N的SOC向量表示每辆车回到充电站时的剩余SOC量，到站剩余SOC量将会决定车辆的实际充电功率曲线。

2)求负荷曲线

由于负荷值是每15 min采集一次的，所以需要进行三次样条插值，使得曲线精度提高。在本文中，最终得到的负荷曲线时间精度是1 min。

3)更新当前时段可优化的车辆数

每15 min更新一次，读取当前时段进入充电站需要充电的车辆信息，同时读取上一时段需要进行延迟充电的车辆信息。

4)粒子群优化

根据优化算法的约束条件，将电动汽车的初始数据代入粒子群算法中，以配电网总负荷的负荷方差最小为目标函数，确定优化后每辆车的起始充电时刻。

每15 min更新一次，得到每辆车的起始充电时刻，如果最优结果是在当前时段，则立即开始充电，如果优化结果是之后的时段，则需要延迟充电，将保留粒子进入下一次优化过程。

5)负荷叠加，循环优化

如果确定某车辆在当前时段开始充电，则其充电负荷就在常规负荷上进行叠加，更新负荷曲线。

进行下一次循环，从步骤2)开始，然后读取下一时段内车辆的充电需求，连同步骤4)中的保留粒子一起进行优化，再次进入步骤4)、步骤5)。

2.4 动态优化流程图

按照上述2.3节介绍的动态优化算法的主要仿真步骤，图2展现了充电站实际运行时的主要流程。

3 算例分析

假设在配电网内，某一节点为充电站负荷，其他节点为常规负荷。本文设置三个算例，均设置为每15 min进行一次循环，循环次数为40。利用概率分布特性生成随机数在充电站内进行充电站运营模拟，假设每时段进入充电站的车辆数、车辆等待时间、回站SOC均符合正态分布规律。根据动态优化算法进行优化运算，得到每辆车最优的起始充电时刻，从而可以得到充电站的负荷曲线以及配电网的最终负荷曲线。

3.1 参数设置

以下是利用正态分布生成的模拟电动汽车运营数据：

(1)每时段进入充电站的车辆数，三种情况设置略有不同;其中，分为三种情况进行模拟。

Case1:

每时段进入充电站的车辆数为0～3辆，按正态分布模拟。

Case2:

每时段进入充电站的车辆数为3～6辆，按正态分布num(28)4.5;num(28)1.0模拟。

Case3:

每时段进入充电站的车辆数为6～9辆，按正态分布模拟。

(2)每辆车的等待时间按进行模拟。

(3)每辆车进入充电站时的剩余SOC量按进行模拟。

3.2 无序充电和有序充电结果对比

假设经过动态优化得到的负荷曲线为有序充电曲线，而按照进入充电站立即开始充电得到的负荷曲线为无序充电曲线。以下为在不同的案例中，有序充电负荷与无序充电负荷的对比分析。

(1)Case1补偿结果，如图3。

充电站负荷与常规负荷的总量对比如表1所示，在只有常规负荷、有序充电、无序充电三种情况下的负荷特性分析如表2所示。

从图3中可以看出原应出现的充电尖峰被移到了负荷的低谷时段，起到了削峰填谷的作用。从表1和表2的数据看出，由于车辆数较少，充电负荷叠加后没有对负荷峰值造成影响，但通过负荷方差可以看出有序充电优于无序充电，降低670 kW2。

(2)Case2补偿结果，如图4。

充电站负荷与常规负荷的总量对比如表3所示，在只有常规负荷、有序充电、无序充电三种情况下的负荷特性分析如表4所示。

Case2中参与优化的车辆数增多，从表3也可以看出电动汽车负荷的渗透率增大5.55%。从表4的数据也看出优化过后负荷方差降低5 492 k W2，最大负荷降低341.2 kW，负荷率增长7.81%，综合图4和表2说明采用动态优化的有序充电方法，合理分配电动汽车的充电负荷，极大改善了负荷特性。

(3)Case3补偿结果，如图5。

充电站负荷与常规负荷的总量对比如表5所示，在只有常规负荷、有序充电、无序充电三种情况下的负荷特性分析如表6所示。

从图5可以看出在渗透率达14.20%时，电动汽车负荷已经在总负荷中占较大比重，此时无序充电对负荷特性的影响更为严重，动态优化过后，负荷方差降低3 118 kW2，最大负荷降低392.8 k W，负荷率增长7.95%。随着电动汽车负荷渗透率增加，动态优化的有序充电方法的效果就越为明显。

3.3 结果分析

综上算例仿真，可以得出以下分析结果：

1)动态有序充电策略对于改善配电网负荷特性，降低电动汽车充电负荷的不利影响有明显的效果。

2)动态优化算法相对于离线优化算法其最大的优势在于其实时动态的特点，离线优化算法不仅需要常规负荷的日前预测，还需要电动汽车运行状况的日前预测，而动态优化可以对实时运行在15 min内做出快速反应，提高有序充电控制的时效性和准确性。

4 结论

本文结合配电网的负荷特性以及充电站的实际运营状况，充分考虑用户的实际使用需求，以配电网负荷方差最小为优化目标，以充电站的规模、用户需求等为约束条件，基于粒子群优化算法建立了改善配电网负荷特性的动态优化的数学模型。

针对不同渗透率下的动态优化方案对于负荷特性的改善情况，证实了动态优化方案可以移峰填谷，改善配电网的负荷特性，实现配网的经济运行;随着电动汽车渗透率的增加，改善效果更加明显。

在实际运营中，还需要根据车辆类型的不同、充电站的运营收益等考虑更多的实际问题[21,22,23]。后续计划进一步针对实际问题，深入研究不同类型车辆的优化充电策略，例如公交车、私人乘用车以及出租车等。

摘要：充电站的建设与运营是电动汽车发展的基础性工程。以持续时段内配电网负荷方差最小为优化目标,以充电站的规模和用户需求为约束条件,基于粒子群优化算法提出了结合配电网负荷特性的充电站有序充电的动态优化方案。利用概率分布随机模拟的方法模拟用户的运行特征,对不同渗透率下,将动态优化的有序充电和到站即充的无序充电二者在负荷特性上进行对比分析。研究结果表明,通过动态有序充电优化方案可以降低负荷波动,优化配网特性,起到移峰填谷的作用。

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