電動汽車智能充電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究與開發(fā)

1、十、申請書正文（不要改動模板設(shè)置；正文用仿宋GB2312小四號字體；圖片用jpg或gif格式。） (一)、項(xiàng)目立項(xiàng)的必要性及市場需求分析1.項(xiàng)目技術(shù)攻關(guān)的必要性當(dāng)前，珍惜地球上有限的石油資源，保護(hù)人類賴以生存的自然環(huán)境，減小溫室氣體排放量，遏制全球氣候變暖已經(jīng)成為各國面臨的共同課題。汽車作為現(xiàn)代社會化大工業(yè)的產(chǎn)物，已經(jīng)成為石油消耗的主體。大量排放的汽車尾氣造成嚴(yán)重的空氣污染，影響人民的身心健康和社會的可持續(xù)發(fā)展。要緩解資源與環(huán)境兩大問題，汽車工業(yè)必然向著環(huán)保、清潔、節(jié)能方向發(fā)展。以純電動汽車為代表的新能源汽車具有零（低）污染物排放、低噪聲、能源效率高、維修及運(yùn)行成本低等特點(diǎn)，代表了世界汽車發(fā)展

2、的未來方向。盡管各大汽車制造商投入大量資金進(jìn)行電動汽車的研究與開發(fā)，但是他們都面臨著一個(gè)共同的難題：電動汽車的續(xù)航里程不夠長。無論是插電式混合動力車(PHEV)還是純電動汽車(EV)，都嚴(yán)重依賴充電網(wǎng)絡(luò)。而對于電動汽車來講, 蓄電池充電設(shè)備也是其不可缺少的子系統(tǒng)之一, 它的功能是將電網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)化為電動車車載蓄電池的電能。電動汽車充電裝置的分類有不同的方法?？傮w上可分為車載充電裝置和非車載充電裝置。研究電動汽車充電系統(tǒng)及相關(guān)技術(shù)問題，開發(fā)相關(guān)的充電產(chǎn)品，對于促進(jìn)電動汽車產(chǎn)業(yè)化，在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會效益等多方面都具有重大意義。電動汽車是電動源、電機(jī)和整車三大技術(shù)的結(jié)合體，電動源是電動汽車的核心部件，

3、主要包括電池、電池管理系統(tǒng)（BMS）以及充電裝置三大功能模塊。鋰電池作為電動汽車動力電池的主要發(fā)展方向，國內(nèi)外已經(jīng)形成動力鋰離子電池及其專用材料的開發(fā)熱潮。作為一種新型的動力技術(shù)，鋰電池在電動汽車中應(yīng)用必須多個(gè)單體電池串聯(lián)才能達(dá)到需要的電壓，單體性能上的差異使得鋰動力電池的使用技術(shù)問題迫在眉睫，而且必須盡快解決。動力電池組的使用壽命受多種因素影響，如果電池組壽命低于單體平均壽命的一半以下，可以推斷都是由于使用技術(shù)不當(dāng)造成的，首要原因當(dāng)推過充和過放導(dǎo)致單體電池提前失效。當(dāng)前，由于電池，BMS和充電機(jī)生產(chǎn)商之間相對是獨(dú)立的，沒有組成一個(gè)很深入地配合，造成鋰動力電池應(yīng)用中存在安全與使用壽命等緒多突出

4、問題，因此，本項(xiàng)目立足于鋰動力電池特性、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，研究鋰動力電池組的充電技術(shù)，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的智能化、模塊化、小型化的高效率充電系統(tǒng)，優(yōu)化充電模式，提高鋰動力電池組的安全性與利用率，延長電池使用壽命。2.項(xiàng)目的市場需求分析電池的一次充電續(xù)航里程、充電時(shí)間、使用壽命等被認(rèn)為是阻礙電動車商業(yè)化的最大瓶頸。當(dāng)前，我國研制的磷酸鐵鋰電池已經(jīng)走在世界的前列，但充電站的布網(wǎng)建設(shè)，卻成為制約電動汽車發(fā)展的一個(gè)瓶頸。近年來，雖然我國對電動汽車研發(fā)力度的不斷加大，電動汽車的電池、電機(jī)等技術(shù)難關(guān)也被攻克。但現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)電動汽車產(chǎn)業(yè)化還面臨諸多難題。其中最主要原因是電動車商業(yè)化的基礎(chǔ)設(shè)施不

5、完備，尤其是充電站的建設(shè)。由于受充電站的限制，目前我國示范運(yùn)行的電動汽車只能在規(guī)定的線路上運(yùn)行。國外方面，東京電力公司日前宣布，將帶頭參與有關(guān)的基礎(chǔ)建設(shè)，明年東京將率先建成200多個(gè)充電站，三年后將增加到1000個(gè)以上，為新車型上市做好基礎(chǔ)準(zhǔn)備。東京電力公司已經(jīng)開發(fā)出了一種充電設(shè)備，能在5分鐘的停車時(shí)間內(nèi)提供足夠讓一輛小型電動汽車行駛40公里的電量。在美國，充電網(wǎng)絡(luò)將由“美好空間項(xiàng)目”公司與加州北部的舊金山、奧克蘭和圣何塞等城市的政府聯(lián)手建設(shè)，總投資達(dá)10億美元。根據(jù)計(jì)劃，公司將于2012年在上述城市的所有居民區(qū)、商廈、停車場和政府大樓安裝充電站，以方便電動汽車駕駛者隨時(shí)為汽車充電。國內(nèi)方面，

6、目前政府相關(guān)部門對電動汽車充電站的建設(shè)已經(jīng)提上議事日程。國家電網(wǎng)公司已經(jīng)發(fā)文，明確支持在上海、北京、天津等大城市加快電動汽車充電站建設(shè)。在幾大城市的首批充電站建成后，將成為示范運(yùn)行的電動汽車補(bǔ)充電力的基站。計(jì)劃年內(nèi)完成國家電網(wǎng)公司系統(tǒng)1979輛電力車輛的替換，建成內(nèi)部充電網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，在試點(diǎn)省市的公交車、出租車、工程搶險(xiǎn)車、水泥攪拌車、街道清掃車、垃圾清運(yùn)車等領(lǐng)域積極開展電動化改造、試點(diǎn)運(yùn)營和充電站建設(shè)等工作。預(yù)計(jì)到“十一五”末，國家電網(wǎng)公司經(jīng)營區(qū)域內(nèi)電動公交運(yùn)行路線將達(dá)到420條，電動公交車達(dá)到4200輛，電動出租車達(dá)到535輛。在試點(diǎn)省市以外的其他地區(qū)，也將著力培育電動汽車應(yīng)用領(lǐng)域，在條件成

7、熟時(shí)擴(kuò)大試點(diǎn)范圍。因此，隨著電動汽車產(chǎn)業(yè)化的推進(jìn)，未來幾年國內(nèi)外對電動汽車用充電機(jī)的需求量將明顯增加。對于電動汽車鋰動力電池組，單體之間的差異總是存在的，以容量為例，其差異性永不會趨于消失，而是逐步惡化的。組中流過同樣電流，容量大者總是處于小電流淺充淺放、趨于容量衰減緩慢、壽命延長，而容量小者總是處于大電流過充過放、趨于容量衰減加快、壽命縮短，兩者之間性能參數(shù)差異越來越大，形成正反饋特性，小容量提前失效，組壽命縮短。要實(shí)現(xiàn)單體電壓的均衡控制，均衡器是電池管理系統(tǒng)的核心部件，離開均衡器，管理系統(tǒng)即使得到了電池組測量數(shù)據(jù)，也無所作為，也就無所謂管理。隨著電動汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，電池組均衡裝置的需求

8、已經(jīng)迫在眉睫，已有許多研究，國外已有報(bào)道，如德國Kaiserse Lautern 大學(xué)，日本本田公司等。電池均衡控制技術(shù)作為充電系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，國內(nèi)這方面的技術(shù)尚未成熟，研究相關(guān)技術(shù)具有現(xiàn)實(shí)意義。(二)、相關(guān)領(lǐng)域國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及申報(bào)單位現(xiàn)有工作基礎(chǔ)（重點(diǎn)、重大項(xiàng)目還需提供查新報(bào)告）1. 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢面臨能源和環(huán)境的壓力，世界各國著名的汽車廠商都十分重視研究開發(fā)電動汽車，發(fā)達(dá)國家不惜投入巨資進(jìn)行研究開發(fā)，并制定了一些相關(guān)的政策法規(guī)來推動電動汽車的發(fā)展。電動汽車充電系統(tǒng)作為電動汽車的重要配套工程，相關(guān)的研究與開發(fā)工作也取得了長足的進(jìn)展，其主要研究方向集中在智能化快速充

9、電技術(shù)、電池充放電安全管理、提高充電機(jī)的效率與功率密度，實(shí)現(xiàn)充電機(jī)的小型化，提高功率因數(shù)，減小充電機(jī)對電網(wǎng)的污染等方面。在充電機(jī)與充電站的研究方面，日本東京電力公司已經(jīng)開發(fā)出了一種充電設(shè)備，能在5分鐘的停車時(shí)間內(nèi)提供足夠讓一輛小型電動汽車行駛40公里的電量。未來充電裝置的發(fā)展趨勢是高效率、高功率密度、高功率因數(shù)、高可靠性、小型化、方便維護(hù)與安裝。蓄電池及其管理系統(tǒng)是電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一。在以往幾年中，大部分企業(yè)在電動汽車研制中曾遭遇尷尬，主要是因?yàn)椴捎昧算U酸、鎳鎘、鎳氫電池（Ni-MH）等?，F(xiàn)在，經(jīng)過研制與實(shí)驗(yàn)比較，采用能量密度更高的鋰離子電池取代鉛和鎳氫電池，運(yùn)用于汽車領(lǐng)域正成為一項(xiàng)核心技

10、術(shù)，它具有重量輕、儲能大、功率大、無污染、也無二次污染、壽命長、自放電系數(shù)小、溫度適應(yīng)范圍寬泛，是電動自行車、電動摩托車、電動小轎車、電動大貨車等較為理想的車用蓄電池。缺點(diǎn)是價(jià)格較貴、安全性較差。不過現(xiàn)在已有技術(shù)開發(fā)錳酸鋰、磷酸鐵鋰、磷酸釩鋰等新型材料，大大提高了鋰離子電池的安全性，而且降低了成本1-4。當(dāng)前電動車電池管理系統(tǒng)主要的問題表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面，首先是在高低溫情況下如何提高鋰電池的充放電的性能和保證電池具有良好的散熱；其次是在大量單體電池串聯(lián)成組應(yīng)用時(shí)，如何充分利用電池的容量，防止充電過程中的電池過電壓。充電模式與控制策略方面，當(dāng)前主要有三種充電方式，即無控制恒壓充電方式、定電流恒電

11、壓充電方式與最大功率充電方式。恒電壓充電方式是通過無控制的整流電路進(jìn)行充電，由交流電源經(jīng)變壓器降壓后整流濾波實(shí)現(xiàn)，特點(diǎn)是電路簡單，應(yīng)用廣泛。但重量大，污染重不適合快速充電。定電流恒電壓充電方式是在恒電流下開始對電池充電，電池電壓達(dá)到上限值時(shí)，維持充電電壓不變繼續(xù)恒壓充電，特點(diǎn)是可以根據(jù)電池狀態(tài)設(shè)定充電電流曲線，適合快速充電。最大功率充電方式適用于太陽能動力汽車充電。國內(nèi)在電動汽車充電系統(tǒng)的研究領(lǐng)域，北京交通大學(xué)的電池管理團(tuán)隊(duì)致力于電動汽車蓄電池管理系統(tǒng)核心技術(shù)的研究開發(fā)和工程化應(yīng)用，取得了一系列的成果和突破，十五期間承擔(dān)了國家“863”電動汽車重大專項(xiàng)中的電動轎車電池管理系統(tǒng)和混合動力城市公交

12、車電池管理系統(tǒng)并圓滿完成任務(wù)。電池管理團(tuán)隊(duì)對電池管理技術(shù)進(jìn)行了一定的產(chǎn)業(yè)化和工程化工作，與株洲時(shí)代集團(tuán)等企業(yè)合作形成系列產(chǎn)品，應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的電動汽車。同時(shí)，北京交通大學(xué)作為北京純電動汽車運(yùn)行示范線路充電站建設(shè)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)單位，研發(fā)了大功率的高頻充電機(jī)、適用于鉛酸、鋰離子電池的充電控制系統(tǒng)和車載電池管理系統(tǒng)及其相關(guān)通信協(xié)議，組建了包括28臺充電機(jī)的地面監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，整個(gè)充電站已經(jīng)安全運(yùn)行了4年。在充電控制技術(shù)方面國內(nèi)與國外還存在一定差距，當(dāng)前多數(shù)大功率充電機(jī)還采用傳統(tǒng)的相控整流電路，存在重量大、可靠性差、對電網(wǎng)污染大、充電與移動不便等問題。在智能化快速充電技術(shù)的研究與高功率密度的充電機(jī)產(chǎn)品化方面還

13、存在較大的差距。國內(nèi)少數(shù)幾家高校開發(fā)的樣機(jī)在功能與實(shí)用性方面都還有待完善。清華大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)從延長電池的使用壽命和增加運(yùn)行可靠性目標(biāo)出發(fā)，根據(jù)自動充滿、少析氣和無傷害的充電要求，研制出全自動電系統(tǒng)和智能充電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了充電過程的優(yōu)化控制，滿足了電動汽車充電的各種要求。但是，現(xiàn)有的充電產(chǎn)品只是針對某種特定車輛的充電，相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與通信協(xié)議也不夠完善，市場上還沒有適用各種類型電動汽車的標(biāo)準(zhǔn)化充電機(jī)產(chǎn)品銷售，在充電裝置的產(chǎn)業(yè)化方面還有大量工作需要完成。參考文獻(xiàn)：1 郝德利,馮熙康,王伯良等電動汽車用鋰離子蓄電池的研究J電源技術(shù)，2003（1）：160-165.2李頂根，李競成，李建林.電動汽車鋰離

14、子電池能量管理系統(tǒng)研究J.儀器儀表學(xué)報(bào),2007,28(8):1522-1527.3李睿，魏學(xué)哲，鄒廣楠.模塊化的HEV鋰離子電池管理系統(tǒng)J.汽車工程，2004，26(6):629-633.4 YaoC.Hsieh，Balance Discharging for Series-connected BatteriesC. 35h Annual IEEE Power Electronics specialist conference，2004，2697-2702.5 王志福，彭連云，孫逢春，張承寧.電動車用鋰離子動力電池充放電特性J.電池，2003，33(3):167- 168.6 黃海江.鋰離子

15、電池安全研究及影響因素分析D.上海:上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所，2005.7 陳清泉，孫逢春，祝嘉光現(xiàn)代電動汽車技術(shù)M北京：北京理工大學(xué)出版社，20028 陳清泉、孫立清，電動汽車的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢J，科技導(dǎo)報(bào)，2005,23(4)：24-28. 9 滕樂天、姜久春. 電動汽車充電機(jī)(站)設(shè)計(jì)M. 北京：中國電力出版社，2009.10 M.S.W.Chan, K.T.Chau, C.C.Chan. Modeling of electric vehicle chargers. 1998. vol:1. 433-438.11 日本電氣學(xué)會. 電動汽車最新技術(shù)M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.2.

16、 申報(bào)單位現(xiàn)有工作基礎(chǔ)重慶通信學(xué)院是軍隊(duì)著名通信院校，本項(xiàng)目研究組所在軍事電力工程系是全軍唯一的通信電源專業(yè)教學(xué)科研機(jī)構(gòu)，在電力電子技術(shù)、化學(xué)電源和通信電源等技術(shù)領(lǐng)域具有豐富的研究經(jīng)驗(yàn)與雄厚的技術(shù)實(shí)力，依托全軍電力電子技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，本項(xiàng)目具有完備的實(shí)驗(yàn)條件，其中包括：邏輯分析儀、高性能數(shù)字存儲示波器TDS3052、電池容量測試儀、可編程交直流電源、電子負(fù)載、熱成像分析儀、波形發(fā)生器和功率器件老化測試儀等先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備。軟件方面具有電力電子仿真軟件SABER、系統(tǒng)仿真軟件Matlab、IC設(shè)計(jì)與仿真軟件Cadence等。本項(xiàng)目組在充電電源、化學(xué)電源、通信電源、焊接電源以及特種電源方面具有

17、雄厚的科研實(shí)力與豐富的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，其中4人具有博士學(xué)位，研究領(lǐng)域包括電力電子、電化學(xué)、控制工程和通信與電子系統(tǒng)，在國際國內(nèi)期刊或會議發(fā)表優(yōu)秀論文50余篇，被三大檢索收錄20余篇，有多項(xiàng)成果獲軍隊(duì)及地方科技成果獎。在電池充放電管理技術(shù)、電力電子技術(shù)與通信與控制理論方面有較堅(jiān)實(shí)理論基礎(chǔ)與豐富的研究開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，所承擔(dān)的“智能化快速充電電源”獲軍隊(duì)科技進(jìn)步二等獎，并已經(jīng)在全軍通信部隊(duì)中應(yīng)用。開發(fā)的“智能多功能逆變式焊接切割電源”獲重慶市科學(xué)技術(shù)二等獎；同時(shí)，本課題組在產(chǎn)學(xué)研合作方面具有良好的基礎(chǔ)，與重慶華偉工業(yè)集團(tuán)、重慶新世紀(jì)電氣有限公司，重慶喬亞電子有限公司等電源生產(chǎn)廠商有密切合作關(guān)系，使本項(xiàng)目具有良好

18、的產(chǎn)業(yè)化渠道。本項(xiàng)目的合作單位重慶新世紀(jì)電氣有限公司主要致力于電力系統(tǒng)綜合自動化、電力系統(tǒng)調(diào)度自動化、遠(yuǎn)程可視化管理系統(tǒng)設(shè)備和軟件產(chǎn)品的研發(fā)、制造、銷售和技術(shù)服務(wù)。公司始終堅(jiān)持“科研投入優(yōu)先、科研創(chuàng)新為本”的企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略。“引進(jìn)人才、加大科研投入、加強(qiáng)與科研院所合作”已成為企業(yè)科技創(chuàng)新的原動力。公司與重慶大學(xué)、四川大學(xué)、重慶通信學(xué)院等高校建立了長期的、密切的技術(shù)開發(fā)協(xié)作關(guān)系，絕大多數(shù)科研成果都實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化。公司的主要產(chǎn)品包括能源和電力系統(tǒng)自動化相關(guān)的產(chǎn)品和技術(shù)，電力有源濾波器系列產(chǎn)品，微機(jī)消諧裝置和水電站勵(lì)磁控制器系列產(chǎn)品，以及直流電源、逆變電源等相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品。在電源產(chǎn)品方面具有豐富的研發(fā)實(shí)

19、力與產(chǎn)品化基礎(chǔ)。(三)、項(xiàng)目計(jì)劃目標(biāo)及主要研究內(nèi)容1.主要目標(biāo)本項(xiàng)目立足于電動汽車產(chǎn)業(yè)化中關(guān)鍵充電技術(shù)與裝置的研究與開發(fā)，將先進(jìn)的高頻開關(guān)功率變換技術(shù)、軟開關(guān)技術(shù)、功率因數(shù)校正技術(shù)、充電控制技術(shù)、現(xiàn)場總線與嵌入式控制等技術(shù)進(jìn)行集成，結(jié)合電池管理系統(tǒng)，研究電動汽車精細(xì)化充電技術(shù)，開發(fā)出高效率、高功率密度、高功率因數(shù)、高可靠性、模塊化的、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的電動汽車鋰動力電池充電系統(tǒng)，提高電動汽車電池系統(tǒng)的充電性能與充電效率。2.研究與開發(fā)內(nèi)容（重大項(xiàng)目應(yīng)有課題設(shè)置方案） (1) 鋰動力電池充電控制技術(shù)研究影響充電系統(tǒng)實(shí)際充電性能的主要因素是如何有效控制充電電壓、電流及時(shí)間等參數(shù)，安全，可靠，快速地

20、完成對電動汽車動力電池的充電。電動汽車為了獲得高壓運(yùn)行系統(tǒng)，它所用動力電池都是采用串聯(lián)的方式，充電方法采用串聯(lián)的充電方式，要求電池模塊間的性能一致性要好，否則會造成性能優(yōu)秀的電池過充，性能低劣的電池過放等問題。因此，結(jié)合電池均衡管理系統(tǒng)，研究充電控制曲線及其控制算法顯得尤為重要。為了充電控制技術(shù)研究的需要，必須清楚了解鋰動力電池在充電過程中的電化學(xué)反應(yīng)特性，對電池的動態(tài)特性及測試方法進(jìn)行深入地研究，將電池管理系統(tǒng)與充電機(jī)進(jìn)行融合，根據(jù)電池工作狀態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整充電電流與電壓，提高充電性能與充電效率。(2)充電系統(tǒng)模塊化技術(shù)的研究充電系統(tǒng)主要由充電機(jī)與電池管理系統(tǒng)（BMS）中充電相關(guān)功能模塊構(gòu)成，充電

21、系統(tǒng)涉及到功率變換、自動控制、電池應(yīng)用與現(xiàn)場通信等多項(xiàng)技術(shù)，可靠性要求高，部件通用性非常重要，采用模塊化技術(shù)是最優(yōu)解決方案。目前國內(nèi)充電機(jī)產(chǎn)品多數(shù)采用效率低、體積與重量大、功率因數(shù)低、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)落后的工頻相控類充電裝置。不但可靠性低，而且對電網(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重的諧波污染。高頻開關(guān)電源具有體積小、功率因數(shù)高、效率高、控制方便、以及方便并聯(lián)擴(kuò)容等諸多優(yōu)點(diǎn)，未來的大功率電動汽車充電機(jī)必將采用高頻開關(guān)變換器的方式實(shí)現(xiàn)電能的變換。在大功率充電機(jī)中，國內(nèi)采用此項(xiàng)技術(shù)的充電機(jī)還很少，一方面是考慮到充電機(jī)的成本因素，主要原因還是充電機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)實(shí)力不夠，少數(shù)科研院所的樣機(jī)可靠性有待進(jìn)一步提高。本項(xiàng)目擬將模塊化技術(shù)應(yīng)

22、用于電動汽車的充電系統(tǒng)中，將充電系統(tǒng)各項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)模塊化，提高充電系統(tǒng)的可靠性，方便系統(tǒng)擴(kuò)容與維護(hù)。（3）功率變換模塊軟開關(guān)技術(shù)研究高效率是對電動汽車充電系統(tǒng)最重要的技術(shù)指標(biāo)之一，它對整個(gè)電動汽車的能量效率有巨大影響。如果采用傳統(tǒng)的硬開關(guān)變換電路來實(shí)現(xiàn)功率變換，充電機(jī)的效率最高只能達(dá)到90%，不利于節(jié)能環(huán)保，使電動車運(yùn)行成本增加。如果采用軟開關(guān)變換電路，可以使充電機(jī)滿載效率達(dá)到93%以上，隨著軟開關(guān)技術(shù)的發(fā)展，移相全橋，LLC諧振電路等軟開關(guān)電路已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，為了提高整機(jī)的效率，減小噪聲，可以將軟開關(guān)技術(shù)應(yīng)用于充電機(jī)中。（4）有源功率因數(shù)校正技術(shù)研究電動汽車地面充電機(jī)多采用380V電壓三相輸

23、入，經(jīng)過三相橋式不可控整流電路整流變成直流電，濾波后提供給高頻DC-DC功率變換器，功率變換器經(jīng)過DC/DC變換輸出需要的直流，再次濾波后為動力電池充電。該方案輸入功率因數(shù)低，在充電機(jī)負(fù)載增加時(shí)，對電網(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重的諧波污染。抑制電力電子裝置產(chǎn)生諧波的方法主要有兩種：一是被動方法，即采用無源濾波或有源濾波電路來旁路或?yàn)V除諧波，目前國內(nèi)的充電站多采用此方法來實(shí)現(xiàn)無功功率補(bǔ)償。另一種是主動式的方法，即設(shè)計(jì)新一代高性能整流器，它具有輸入電流為正弦波、諧波含量低、功率因數(shù)高等特點(diǎn)，即具有功率因數(shù)校正功能。近年來功率因數(shù)校正(PFC)電路得到了很大的發(fā)展，成為電力電子學(xué)研究的重要方向之一。單相功率因數(shù)校正技

24、術(shù)目前在電路拓?fù)浜涂刂品矫嬉讶遮叧墒?，而三相整流器的功率大，對電網(wǎng)的污染更大，因此，有必要對三相功率因數(shù)校正技術(shù)的工作原理、控制方式等進(jìn)行系統(tǒng)的研究，并將其應(yīng)用于電動汽車的充電系統(tǒng)中，減小充電機(jī)對電網(wǎng)造成的污染。（5）電動車鋰動力電池充電系統(tǒng)的開發(fā)本項(xiàng)目針對鋰動力電池在電動車應(yīng)用中存在的安全性、使用壽命、均衡控制、電池利用率與充電系統(tǒng)的效率偏低等問題，研究開發(fā)高性能的充電系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于CAN總線的模塊化系統(tǒng)構(gòu)架，主要包括功率變換模塊、電子控制單元（ECU）模塊、顯示模塊、通信模塊、輸入輸出保護(hù)模塊以及電量計(jì)和安時(shí)計(jì)等，具體功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。通過不同模塊組合可以組成不同規(guī)格和功能的高性能電動

25、汽車充電系統(tǒng)。系統(tǒng)功能主要包括：實(shí)時(shí)監(jiān)控充電機(jī)的運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)智能化充電管理;提供人性化的人機(jī)接口和界面，通過CAN總線與電池管理系統(tǒng)通訊，并可與上位機(jī)組成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò);功率變換模塊內(nèi)設(shè)計(jì)功率因數(shù)校正電路與軟開關(guān)變換電路，保證高輸入功率因數(shù)與提高功率變換效率。ECU模塊通過CAN總線與電動汽車內(nèi)的電池管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，根據(jù)電池狀態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整充電參數(shù)，選擇最優(yōu)的充電模式，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化充電管理，提高充電系統(tǒng)的充電性能與串聯(lián)電池組的容量利用率。圖1 充電系統(tǒng)功能框圖3.項(xiàng)目的技術(shù)關(guān)鍵，包括技術(shù)難點(diǎn)、創(chuàng)新點(diǎn)創(chuàng)新點(diǎn)：（1）針對電動汽車用鋰離子動力電池，研究開發(fā)出一種充電控制算法與充電模式，根據(jù)電池狀態(tài)計(jì)算并

26、實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)充電參數(shù)，提高串聯(lián)鋰電池的利用率，優(yōu)化充電系統(tǒng)的性能與能量轉(zhuǎn)換效率。（2）基于先進(jìn)的軟開關(guān)技術(shù)與功率集成技術(shù)，提高充電系統(tǒng)的功率密度，有效減小系統(tǒng)的重量與體積，提高系統(tǒng)效率。（3）模塊化設(shè)計(jì)理念在電動汽車充電系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以顯著提高系統(tǒng)的可靠性，降低維護(hù)成本。技術(shù)難點(diǎn)：（1）在大量成組串聯(lián)鋰電池應(yīng)用方面，如何有效提高電池組的容量與使用壽命，保證充電安全，并且在寬環(huán)境溫度下提高鋰電池的充電性能。（2）充電系統(tǒng)的性能優(yōu)化涉及充電機(jī)與電池管理系統(tǒng)的密切配合，如何將兩個(gè)分立的系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來，提高充電系統(tǒng)性能。（3）三相功率因數(shù)校正技術(shù)的應(yīng)用還不夠成熟，國內(nèi)在功率變換器中成功應(yīng)用實(shí)例較少，選

27、擇合適的電路拓?fù)洳⒃O(shè)計(jì)出可靠性高的控制算法是成功應(yīng)用的關(guān)鍵。(四)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益分析（含市場風(fēng)險(xiǎn)分析、推廣應(yīng)用前景及產(chǎn)業(yè)化可行性）1. 技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析（含經(jīng)濟(jì)效益、社會效益）(1)成本費(fèi)用估算a材料價(jià)格按現(xiàn)行采購價(jià)。b. 生產(chǎn)工人定員50人，工資及附加費(fèi)1800元/人月計(jì)算。c. 固定資產(chǎn)折舊采用直線法，折舊年限10年，無殘值。d. 設(shè)備維修費(fèi)按設(shè)備原值的3%計(jì)算。e. 銷售費(fèi)用按銷售額的10%計(jì)算。f. 企業(yè)管理費(fèi)按銷售額的5%計(jì)算。g. 銀行貸款利息按年利率6%計(jì)算。根據(jù)以上的成本估計(jì)，規(guī)模經(jīng)營后，生產(chǎn)一臺功率10KW的電動汽車充電機(jī)的成本總計(jì)約為8000元。（2）產(chǎn)品價(jià)格與銷售收入以

28、目前市場的充電機(jī)價(jià)格作為參考，一臺10KW的充電機(jī)價(jià)格約為12000-15000元，因此，假設(shè)每年銷售500臺計(jì)算，年銷售收入約為600萬。（3）盈利預(yù)測在國家大力發(fā)展電動汽車產(chǎn)業(yè)化的政策推動下，未來幾年電動汽車將在國內(nèi)在較大范圍內(nèi)推廣和普及，而充電系統(tǒng)作為必須的配套工程，也必將得到快速發(fā)展。對于充電機(jī)的需求量預(yù)計(jì)年增長10%，扣除相關(guān)所得稅和增值稅，保守估計(jì)充電機(jī)項(xiàng)目在投產(chǎn)2-3年后的年利潤可達(dá)到200萬。（4）社會效益a. 推動電動汽車產(chǎn)業(yè)化與推廣普及充電機(jī)作為電動力汽車充電站的核心裝置，對于維護(hù)國家能源安全，改善大氣環(huán)境具有重要意義。電力作為綠色能源在應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，將其用于汽車驅(qū)動系統(tǒng)

29、，是落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀、實(shí)施國家能源發(fā)展戰(zhàn)略、建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會、履行社會責(zé)任的重大戰(zhàn)略舉措。重慶市也將構(gòu)建起一個(gè)國家級、世界級的電動汽車及其關(guān)鍵零部件研發(fā)和制造基地，搶占電動汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制訂話語權(quán)，構(gòu)建中國電動汽車第一高地，相關(guān)的配套設(shè)施的開發(fā)與建設(shè)也具有重要的示范作用。b.加快人才成長速度，培養(yǎng)本地化人才隊(duì)伍 通過本項(xiàng)目的研究，可以加快本地化的科研人才隊(duì)伍建設(shè)，形成一支具有自主創(chuàng)新能力的科研隊(duì)伍。并可以通過院校與企業(yè)的合作，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研機(jī)制的良性互動，提高本地企業(yè)的競爭力。2. 推廣應(yīng)用前景分析（產(chǎn)業(yè)化可行性）充電系統(tǒng)對于電動汽車而言是不可缺少的子系統(tǒng)，當(dāng)蓄電池的電能用完之后，就必須

30、使用充電系統(tǒng)對電池進(jìn)行再充電。要在較大范圍內(nèi)推廣普及電動汽車，就必須配套建設(shè)充電系統(tǒng)，以增強(qiáng)公眾對使用電動汽車的興趣和信心。在日本，東京電力公司將帶頭參與有關(guān)的充電網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)，明年東京將率先建成200多個(gè)充電站，到了三年后增加到1000個(gè)以上。以色列計(jì)劃建立世界上第一個(gè)電動汽車網(wǎng)絡(luò)，即在以色列全國建立50萬個(gè)充電站，并于明年投入使用第一批電動汽車。而在國內(nèi)，國家電網(wǎng)公司已經(jīng)發(fā)文，明確支持在上海、北京、天津等大城市加快電動汽車充電站建設(shè)。年內(nèi)，天津市的汽車充電站將達(dá)到15座。鋰動力電池作為電動汽車電池的主要發(fā)展方向，在不久的將來必將得到廣泛應(yīng)用。國內(nèi)外對具有優(yōu)良的充電模式，高效率、低污染、高性

31、價(jià)比的新型充電裝置需求量將不斷增加。電動汽車充電機(jī)產(chǎn)業(yè)必將隨著電動汽車產(chǎn)業(yè)化的推進(jìn)而得到快速發(fā)展，因此，鋰動力電池的充電系統(tǒng)具有非常良好的產(chǎn)業(yè)化前景。3. 項(xiàng)目實(shí)施的風(fēng)險(xiǎn)分析（含市場風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、管理風(fēng)險(xiǎn)等）（1）市場風(fēng)險(xiǎn)充電機(jī)的市場風(fēng)險(xiǎn)主要是電動汽車市場占有率不確定而引起的充電需求不穩(wěn)定，從而影響到充電站的運(yùn)營與建設(shè)。消費(fèi)者在面對新技術(shù)、新產(chǎn)品時(shí)，通常會持觀望態(tài)度，尤其在我國普通消費(fèi)者的收入水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力還相當(dāng)有限，環(huán)保意識還相對欠缺的條件下，消費(fèi)者的消費(fèi)意愿有很大的不確定性，短期內(nèi)電動汽車的市場目標(biāo)僅限定為符合產(chǎn)業(yè)特性的公交車、公務(wù)車和城市特種車輛等，相應(yīng)的電動汽車充電站和充電機(jī)的需求必

32、將受到影響。（2）政策風(fēng)險(xiǎn)國家尚未出臺對充電站建設(shè)方面具體的扶持政策或規(guī)定，如對充電站建設(shè)用地、充電電價(jià)、充電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)等的扶持和優(yōu)惠政策，這將對充電站的運(yùn)營帶來風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而影響到充電機(jī)的市場需求。（3）技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)地面充電機(jī)要求在短時(shí)間內(nèi)完成對電動汽車的充電任務(wù)，并且要控制快速充電對電池造成的損害，相應(yīng)的充電控制技術(shù)具有關(guān)鍵作用。目前國內(nèi)在自適應(yīng)充電控制算法的研究方面與國外比還存在不少差距，多數(shù)充電機(jī)都是采用三段式的充電模式，充電過程中對電池的損害比較大，影響電池的使用壽命，增加電動汽車的運(yùn)營成本。由于電動汽車發(fā)展初期，車輛及電池難以標(biāo)準(zhǔn)化，國家也未出臺關(guān)于充電機(jī)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，包括通信協(xié)議、連接

33、器標(biāo)準(zhǔn)等。這可能使充電機(jī)在對不同類型的車輛及電池充電時(shí)，導(dǎo)致一系列的問題。從而對充電機(jī)的控制技術(shù)與應(yīng)用范圍提出了更高的要求。另外，由于在非專業(yè)人員對充電機(jī)操作中可能導(dǎo)致安全方面的問題，這就要求充電機(jī)的設(shè)計(jì)必須滿足最嚴(yán)格的安全規(guī)范，保證在各種環(huán)境下都能安全使用。(五)、項(xiàng)目的考核內(nèi)容與指標(biāo)（1、主要技術(shù)指標(biāo)：包括形成的專利、標(biāo)準(zhǔn)（技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）、新技術(shù)、新產(chǎn)品、新裝置、論文專著等成果、指標(biāo)及其水平等；2、主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：包括技術(shù)及產(chǎn)品應(yīng)用所形成的市場規(guī)模、效益等；3、項(xiàng)目實(shí)施中形成的示范基地、中試線、生產(chǎn)線及其規(guī)模等；4、其它應(yīng)考核的指標(biāo)。）1、主要技術(shù)指標(biāo)：（1）完成充電機(jī)樣機(jī)的研制 電氣

34、性能指標(biāo)：單臺充電機(jī)的額定輸出功率5KW，三相交流380V輸入，輸出電壓：200500V可調(diào)，滿載效率：>93%，穩(wěn)流精度：1%，穩(wěn)壓精度：1%，滿載輸入功率因數(shù)：>0.95，使用環(huán)境溫度：-20-50。具有并機(jī)功能與相關(guān)的通信功能。相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)滿足GB/T 18487.1-2001電動車輛傳導(dǎo)充電系統(tǒng)一般要求、GB/T 18487.2-2001電動車輛傳導(dǎo)充電系統(tǒng) 電動車輛與交流/直流電源的連接要求和GB/T 18487.3-2001電動車輛傳導(dǎo)充電系統(tǒng) 電動車輛與交流/直流充電機(jī)（站）等國家標(biāo)準(zhǔn)。（2）在國內(nèi)核心期刊上發(fā)表論文5-7篇，在國際會議上發(fā)表1-2篇論文。（3）申請發(fā)明

35、專利1-2項(xiàng)。2、主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)： 充電機(jī)研發(fā)成功并形成產(chǎn)品后，第一年市場規(guī)模預(yù)計(jì)為100萬，第二年預(yù)計(jì)增長20%，以后逐年遞增，5年后市場規(guī)模達(dá)到年銷售總額500萬以上。3.項(xiàng)目實(shí)施中形成的示范基地、中試線、生產(chǎn)線及其規(guī)模等: 課題順利完成后，與相關(guān)合作企業(yè)配合，可形成一條電動汽車用充電機(jī)的中試線，年產(chǎn)充電機(jī)200臺。4.其它應(yīng)考核的指標(biāo): 人才培養(yǎng)：通過項(xiàng)目研究，培養(yǎng)相關(guān)專業(yè)2-4名碩士研究生。形成一支在電動汽車充電機(jī)領(lǐng)域具有較雄厚的研發(fā)實(shí)力的穩(wěn)定的科研隊(duì)伍。(六)、必要的支撐條件、組織措施及實(shí)施方案1.必要支撐條件重慶通信學(xué)院作為本項(xiàng)目的主要完成單位，具有較雄厚的科研實(shí)力，具有先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)條

36、件。本項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)中具有博士學(xué)位的有4人，教授1人，副教授3人。并依托企業(yè)的生產(chǎn)條件與豐富的管理與市場經(jīng)驗(yàn)，雙方合作實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，協(xié)同開展對電動汽車充電機(jī)的研究與攻關(guān)，一方面可減少科學(xué)研究和中試費(fèi)用的投入；另一方面有利于縮短研究周期，提前實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化，提升產(chǎn)品質(zhì)量和市場競爭能力。重慶新世紀(jì)電氣有限公司在電力電子技術(shù)領(lǐng)域有比較雄厚研發(fā)實(shí)力，主要關(guān)注能源和電力系統(tǒng)自動化相關(guān)的產(chǎn)品和技術(shù)。到目前已形成電力有源濾波器系列產(chǎn)品，微機(jī)消諧裝置和水電站勵(lì)磁控制器系列產(chǎn)品。在科研成果產(chǎn)業(yè)化方面有豐富的經(jīng)驗(yàn)與基礎(chǔ)。2.組織管理的措施（1）學(xué)院的大力支持與領(lǐng)導(dǎo)，為保證本項(xiàng)目的順利實(shí)施，重慶通信學(xué)院科研科制定專門的項(xiàng)

37、目管理細(xì)則，幫助課題組解決項(xiàng)目實(shí)施過程中遇到的一些重大問題，做好統(tǒng)籌規(guī)劃、宏觀指導(dǎo)、計(jì)劃銜接、資源配置以及項(xiàng)目管理工作。（2）項(xiàng)目的科學(xué)組織，本項(xiàng)目組成員具有各種學(xué)科背景，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科的互補(bǔ)與融合?？茖W(xué)編制項(xiàng)目可行性報(bào)告和項(xiàng)目實(shí)施設(shè)計(jì)方案，保證項(xiàng)目科學(xué)合理的組織實(shí)施；明確項(xiàng)目任務(wù)、進(jìn)度和責(zé)任，按照項(xiàng)目的年度計(jì)劃，定期進(jìn)行檢查；制定科學(xué)的評價(jià)指標(biāo)體系，及時(shí)解決出現(xiàn)的問題，確保按計(jì)劃高質(zhì)量完成各課題目標(biāo)任務(wù)，保證專項(xiàng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。3.組織實(shí)施的方案項(xiàng)目采取課題組長負(fù)責(zé)制，學(xué)院不定期檢查項(xiàng)目的進(jìn)展情況，課題組每半年向科研科書面匯報(bào)項(xiàng)目取得的進(jìn)展與存在的問題。本項(xiàng)目采用產(chǎn)學(xué)研的模式開展，重慶通信學(xué)院與企業(yè)以“市場主導(dǎo)、真誠合作、優(yōu)勢互補(bǔ)、平等互利”為宗旨，走產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的發(fā)展道路，以校企研合作為主要途徑，建立相互間協(xié)作交流機(jī)制，探索出全方位、全過程有研究所、高校參與，產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合的研究模式，加速科研項(xiàng)目的產(chǎn)業(yè)化，滿足市場需求，并以此為契機(jī)，提升企業(yè)整體的研發(fā)水平、創(chuàng)