BI YE SHE JI（20 届）纯电动汽车充电器设计所在学院专业班级自动化学生姓名学号指导教师职称完成日期年月III摘要随着世界上能源问题与环境问题越来越突出，电动汽车有着零排放和高效的特点，因此受到越来越高的重视，但是纯电动汽车的充电问题依然是制约电动汽车快速发展的瓶颈。
本文是在对大量的资料分析，电池特性及其发展现状的研究基础上,设计了可供纯电动汽车锂电池组充电使用的快速智能充电器。
文中对锂电池的充电是采用先横流后恒压最后再浮充的三段式的充电方法。
本文首先介绍了课题的背影及意义和电池的充电方法。
之后设计了主电路的拓扑，主电路部分主要包括功率因数校正电路及DC-DC变换电路，并对主电路的参数与器件进行了选择与设计。
而后对控制电路进行了设计，控制电路主要是基于DSP来实现对充电器的控制，DSP依据估算的电池SOC值划分三阶段充电，而恒流恒压主要通过PID调节实现。
同时本文还设计了电压，电流，温度等的检测电路，为防止过流过压及温度过高还设计了保护电路。
最后设计了充电器的软件部分，着重介绍了SOC算法及基于SOC的三阶段充电控制流程。
关键字：纯电动汽车，DSP，PFC，充电器IIIAbstractWith the world's energy problems and environmental issues become more and more prominent, electric vehicles have zero emissions and efficient features and therefore subject to more and more attention, but the pure electric vehicle charging problem still is the bottleneck in the fast development of electric vehicles. This paper designs available pure electric vehicle lithium batteries used in the rapid smart charger on the basis of a lot of data analysis, present situation and characteristics of the battery. In the paper, charging of lithium battery is using the first cross-flow, constant pressure last float three-stage charging method.This paper first Introduction back and significance of the subject and battery charging methods, After design the topological of the main circuity, the main part of the main circuit, including power factor correction circuit and DC-DC converter circuit, and the selection and design for the parameters and devices of the main circuits. Then the paper design the control circuit, the control circuit to implement the feedback control of the charger is based on DSP, the DSP based on the estimated SOC of battery is divided into three stages charging, and the realization of constant current constant voltage base on PID regulator. The article also designed the detection circuit of the voltage, current, temperature, etc., in order to prevent overcurrent, overvoltage and temperature the paper has also designed a protection circuit. Last design the software portion of the charger, highlighting the SOC algorithm and the SOC-based three-stage charge control process。
Keywords: pure electric vehicles, DSP, PFC , chargerIII目录摘要 (I)ABSTRACT ......................................................................................................... I I 目录 ..................................................................................................................... I II 第一章绪论 . (1)1.1课题背景及意义 (1)1.1.1电动汽车发展简介 (1)1.1.2纯电动汽车充电设备的发展现状 (1)1.2电动汽车的关键技术 (2)1.2.1电池技术 (2)1.2.2电力驱动及其控制 (3)1.2.3总线控制系统 (4)1.2.4电池管理系统 (4)1.3蓄电池的充电方法 (5)1.4论文的主要内容 (7)第二章充电器硬件电路设计 (9)2.1充电器总体方案的确定 (9)2.2PFC电路设计 (10)2.2.1功率因数校正技术 (10)2.2.2 PFC硬件电路 (11)2.2.3电路参数的计算 (14)2.2DC-DC变换电路设计 (15)2.3.1电路拓扑结构的选择 (15)2.3.2电路参数的计算 (17)2.4控制器设计 (19)2.5DSP外围电路设计 (21)2.5.1时钟电路设计 (21)2.5.2电源及复位电路 (22)III2.6检测电路设计 (23)2.6.1电压检测电路设计 (23)2.6.2电流检测电路设计 (24)2.6.3温度检测电路 (24)2.7保护电路设计 (25)2.8驱动电路设计 (26)第三章软件设计 (29)3.1充电器软件流程框图 (29)3.2SOC估计程序 (29)3.2.1折算库伦效率 (30)3.2.2卡尔曼滤波算法的设计 (31)3.2.3基于卡尔曼滤波的SOC算法流程图 (32)3.3电池三阶段充电控制程序 (33)3.4恒流恒压的PID调节 (34)总结 (36)参考文献 (37)致谢 (39)III第一章绪论1.1课题背景及意义1.1.1电动汽车发展简介自从1886年1月29日，两位德国人卡尔﹒本茨与戈特利布﹒戴姆勒获得世界上第一辆汽车的专利权，标志着世界上第一辆汽车的诞生，汽车已经发展了一百二十多年了。
汽车的产生已经深刻的改变了人类的发展方式，并极大的促进了世界经济的发展，给人们的生活带来诸多的方便。
特别是现在汽车的作用越来越重要，已经成为我们生活中不可缺少的一部分。
但是伴随着汽车的大发展很多问题也随之出现了，由于传统的汽车都是以石油或液化天然气为燃料，燃烧排出的尾气大部分是含有污染物的气体，对人类的身体健康带来很大的影响。
特别是最近几年随着汽车价格的降低，以及我国经济的快速发展，私家车越来越多，我们能明显的感受到空气质量的下降。
同时石油这种资源属于不可再生资源且探明的储量有限，因此发展一种无污染新型汽车代替现在的燃油汽车是必然趋势。
而电动汽车就具有以上优点，其必将取代燃料汽车成为未来汽车的发展方向。
虽然电动汽车有着光明的前景，世界各国政府以及大型的汽车公司也在不遗余力的发展电动汽车，更新电动汽车技术，但我们也必须清楚地认识到在电动汽车的各个关键领域还有很多技术尚不成熟，需要大力发展。
电动汽车的充电技术就是其中之一，现在电动汽车在充电方面主要存在的问题是充电时间过长及因充电控制不理想造成的电池寿命缩短等。
这些问题严重的影响了电动汽车的运行里程，降低了可充电电池使用时间，造成电动汽车成本的增加。
为解决上述问题，必须开发出既具有良好控制技术又能缩短充电时间的新一代电池充电器。
1.1.2纯电动汽车充电设备的发展现状电动汽车的充电设备主要有充电机，充电桩，充电站以及相应的配套设施。
国外如美英法日韩等都在大力发展自己的充电设备。
(1)美国的加州，佛吉尼亚州等州联合一些大公司在旧金山、奥克兰等城市-1-的主要公路、大型停车场、居民区等安装了大量充电设备，这些投资将涉及10亿美金之巨。
(2)现在日本预计其充电站的数量已接近1000座，在东京随处可见充电设备，同时日本政府还表示，要在日本的试点城市的旅店，商城，电影院等地安装充电电源，以供电动车主免费使用。
(3)在英国进伦敦市区就有60余个充电设施，电动车主每年只要上缴75英镑，就可不计次数的使用这些充电设备。
近几年我国各地也在大力发展充电设备，在充电设备发展上与以上几个发达国家差距并不远，在政府和国家电网等的支持下，截止到2010年在北京、上海、大连、重庆、青岛等10个大城市建设了50余座充电站。
1.2电动汽车的关键技术1.2.1电池技术可充电电池是整个电动汽车的动力基础，但同时也是制约电动汽车在整个汽车市场快速发展的主要因素之一。
要使电动汽车在整个汽车市场上具有竞争力，就要开发出具有比能量高、比功率大、使用寿命长的电池。
但一直以来电池技术所面临的关键问题主要包括，电池能量密度低，电池组的重量过重，续驶里程有限。
到目前为止，电动汽车车用动力蓄电池已经发展了三代了，取得明显的突破。
第一代电池是铅酸电池。
第二代电池是碱性电池，其中以锂离子组成的电池应用最广。
第三代电池是燃料电池。
由于可以控制其燃料的反应过程，因此是理想的汽车用电池，但是其很多关键技术还有待提高。