電動(dòng)汽車(chē)對(duì)充電技術(shù)的要求

隨著電動(dòng)汽車(chē)的逐步推廣和產(chǎn)業(yè)化以及電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)的日益發(fā)展，電動(dòng)汽車(chē)對(duì)充電站的技術(shù)要求體現(xiàn)了一致的趨勢(shì)，要求充電站盡可能向以下目標(biāo)靠近。1、充電快速化相比發(fā)展前景良好的鎳氫和鋰離子動(dòng)力蓄電池而言，傳統(tǒng)鉛酸類(lèi)蓄電池以其技術(shù)成熟、成本低、電池容量大、跟隨負(fù)荷輸出特性好和無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，但同樣存在著比能量低、一次充電續(xù)駛里程短的問(wèn)題。因此，在目前動(dòng)力電池不能直接提供更多續(xù)駛里程的情況下，如果能夠?qū)崿F(xiàn)電池充電快速化，從某種意義上也就解決了電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)駛里程短這個(gè)致命弱點(diǎn)。2、充電通用化在多種類(lèi)型蓄電池、多種電壓等級(jí)共存的市場(chǎng)背景下，用于公共場(chǎng)所的充電裝置必須具有適應(yīng)多種類(lèi)型蓄電池系統(tǒng)和適應(yīng)各種電壓等級(jí)的能力，即充電系統(tǒng)需要具有充電廣泛性，具備多種類(lèi)型蓄電池的充電控制算法，可與各類(lèi)電動(dòng)汽車(chē)上的不同蓄電池系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)充電特性匹配，能夠針對(duì)不同的電池進(jìn)行充電。因此，在電動(dòng)汽車(chē)商業(yè)化的早期，就應(yīng)該制定相關(guān)政策措施，規(guī)范公共場(chǎng)所用充電裝置與電動(dòng)汽車(chē)的充電接口、充電規(guī)范和接口協(xié)議等。3、充電智能化制約電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展及普及的最關(guān)鍵問(wèn)題之一，是儲(chǔ)能電池的性能和應(yīng)用水平。優(yōu)化電池智能化充電方法的目標(biāo)是要實(shí)現(xiàn)無(wú)損電池的充電，監(jiān)控電池的放電狀態(tài)，避免過(guò)放電現(xiàn)象，從而達(dá)到延長(zhǎng)電池的使用壽命和節(jié)能的目的。充電智能化的應(yīng)用技術(shù)發(fā)展主要體現(xiàn)在以下方面：●優(yōu)化的、智能充電技術(shù)和充電機(jī)、充電站;●電池電量的計(jì)算、指導(dǎo)和智能化管理;●電池故障的自動(dòng)診斷和維護(hù)技術(shù)等。4、電能轉(zhuǎn)換高效化電動(dòng)汽車(chē)的能耗指標(biāo)與其運(yùn)行能源費(fèi)緊密相關(guān)。降低電動(dòng)汽車(chē)的運(yùn)行能耗，提高其經(jīng)濟(jì)性，是推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵因素之一。對(duì)于充電站，從電能轉(zhuǎn)換效率和建造成本上考慮，應(yīng)優(yōu)先選擇具有電能轉(zhuǎn)換效率高，建造成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)的充電裝置。5、充電集成化本著子系統(tǒng)小型化和多功能化的要求，以及電池可靠性和穩(wěn)定性要求的提高，充電系統(tǒng)將和電動(dòng)汽車(chē)能量管理系統(tǒng)集成為一個(gè)整體，集成傳輸晶體管、電流檢測(cè)和反向放電保護(hù)等功能，無(wú)需外部組件即可實(shí)現(xiàn)體積更小、集成化更高的充電解決方案，從而為電動(dòng)汽車(chē)其余部件節(jié)約出布置空間，大大降低系統(tǒng)成本，并可優(yōu)化充電效果，延長(zhǎng)電池壽命電池充電解決方案事實(shí)上，所有3G手機(jī)都采用鋰離子電池作為主電源。由于散熱及空間的限制，設(shè)計(jì)師必須仔細(xì)考慮選用何種類(lèi)型的電池充電器，以及還需要哪些特性來(lái)確保對(duì)電池進(jìn)行安全及精確的充電。線性鋰離子電池充電器的一個(gè)明顯趨勢(shì)是封裝尺寸繼續(xù)減小。但值得關(guān)注的是在充電周期(尤其在高電流階段)冷卻IC所需的板空間或通風(fēng)條件。充電器的功耗會(huì)使IC的接合部溫度上升。加上環(huán)境溫度，它會(huì)達(dá)到足夠高的水平，使IC過(guò)熱并降低電路可靠性。此外，如果過(guò)熱，許多充電器會(huì)停止充電周期，只有當(dāng)接合部溫度下降后才恢復(fù)工作。如果這種高溫持續(xù)存在，那么充電器“停止和開(kāi)始”的反復(fù)循環(huán)也將繼續(xù)發(fā)生，從而延長(zhǎng)充電時(shí)間。為減少這些風(fēng)險(xiǎn)，用戶只能選擇減小充電電流來(lái)延長(zhǎng)充電時(shí)間或增大板面積來(lái)散熱。因此，由于增加了PCB散熱面積及熱保護(hù)材料，整個(gè)系統(tǒng)成本也將上升。對(duì)此問(wèn)題有兩種解決方案。首先，需要一種智能的線性鋰離子電池充電器，它不必為擔(dān)心散熱而犧牲PCB面積，并采用一種小型的熱增強(qiáng)封裝，允許它監(jiān)視自己的接合部溫度以防止過(guò)熱。如果達(dá)到預(yù)設(shè)的溫度閾值，充電器能自動(dòng)減少充電電流以限制功耗，從而使芯片溫度保持在安全水平。第二種解決方案是使用一種即使充電電流很高時(shí)也幾乎不發(fā)熱的充電器。這要求使用脈沖充電器，它是一種完全不同于線性充電器的技術(shù)。脈沖充電器依靠經(jīng)過(guò)良好調(diào)節(jié)且電流受限的墻上適配器來(lái)充電。方案一：LTC4059A線性電池充電器LTC4059A是一款用于單節(jié)鋰離子電池的線性充電器，它無(wú)需使用三個(gè)分立功率器件，可快速充電而不用擔(dān)心系統(tǒng)過(guò)熱。監(jiān)視器負(fù)責(zé)報(bào)告充電電流值，并指示充電器是何時(shí)與輸入電源連接的。它采用盡可能小的封裝但沒(méi)有犧牲散熱性能。整個(gè)方案僅需兩個(gè)分立器件(輸入電容器和一個(gè)充電電流編程電阻)，占位面積為2.5mm×2.7mm。LTC4059A采用2mm×2mmDFN封裝，占位面積只有SOT-23封裝的一半，并能提供大約60℃/W的低熱阻，以提高散熱效率。通過(guò)適當(dāng)?shù)腜CB布局及散熱設(shè)計(jì)，LTC4059A可以在輸入電壓為5V的情況下以最高900mA的電流對(duì)單節(jié)鋰離子電池安全充電。此外，設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)需考慮最壞情況下的功耗，因?yàn)長(zhǎng)TC4059A采用了專(zhuān)利的熱管理技術(shù)，可以在高功率條件(如環(huán)境溫度過(guò)高)下自動(dòng)減小充電電流。方案二：帶過(guò)流保護(hù)功能的LTC4052脈沖充電器LTC4052是一款全集成的脈沖充電器，用于單節(jié)4.2V鋰離子/鋰聚合物電池。當(dāng)輸入電壓為5.25V并以0.8A電流進(jìn)行快速充電時(shí)，LTC4052的功耗大約為280mW，而線性充電器解決方案的功耗則高達(dá)1.8W。與采用電感來(lái)獲得高效率和低散熱的開(kāi)關(guān)充電器不同，LTC4052采用無(wú)電感設(shè)計(jì)。利用LTC4052設(shè)計(jì)的700mA至2A鋰離子/鋰聚合物電池充電器電路僅占70mm2的面積，且高度低于1.7mm。通過(guò)將功耗減至最低水平，LTC4052可放寬終端設(shè)備對(duì)熱設(shè)計(jì)的要求，允許采用更小的封裝、更小的散熱氣流以及更小的PCB面積，而且能消除熱點(diǎn)，從而無(wú)需使用散熱片或風(fēng)扇。

LTC4052需要一個(gè)電流受限的墻上適配器，以控制充電電流的大小。它還需配備過(guò)流保護(hù)電路，以便在意外使用較高電流或墻上適配器發(fā)生故障時(shí)能提供保護(hù)。LTC4052是一款全集成的