在环境压力与能源危机日益严重的今天，节能减排已成为全世界面临新课题。汽车工业必然向着环保、清洁和节能的方向发展。电动汽车作为一种新兴发展产业在很短时间内得到了迅猛的发展，与此配套的电动汽车充电桩技术也得到了前所未有的发展机遇。电动汽车具有无（低）污染物律放、噪音低、能效高、维修及运行成本低等优点，推动电动汽车替代燃油汽车将是缓解大气环境污染和能源紧缺的最有效方式之一。电动汽车充电设施是电动汽车产业链中不可忽视的重要组成部分,在大力发展电动汽车产业的同时还应充分兼顾充电设施的发展，同时，电动汽车充电桩的设计及其控制方法的研究对国家发展新能源方向也具有重要意义。

电动汽车充电桩其功能类似于加油站里面的加油机，可以固定在地面或墙壁，安装于公共建筑（商场、写字楼、公共停车场等）和居民小区停车场或充电站内，可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。电动汽车充电桩作为电动汽车的能量补给装置，其充电性能关系到电池组的使用寿命、充电时间。实现对动力电池快速、高效、安全、合理的电量补给是电动汽车充电器设计的基本原则。

1997年丰田推出搭载镍氢电池的混合动力车型Prius，2008年底比亚迪推出搭载磷酸铁锂电池的插电混动车型F3DM，2010年底日产推出搭载锰酸锂电池的纯电动车型Leaf，特斯拉2008年推出电动超跑Roadster、2012年推出搭载三元电池（镍钴铝/NCA）的ModelS，可以说动力电池和电动汽车的技术进步史也是一部产品的发展史。

比较这三款电动汽车历史上的代表车型，可以发现电池新材料的开发应用、能量密度和续航里程的提高贯穿了行业的发展。电池主要包括五个性能指标：能量密度、安全性能、循环性能、高低温性能和成本。目前主流的正极材料中，磷酸铁锂具有最好的安全性能、循环性能和最低的成本，但是低温性能差、能量密度低是硬伤；锰酸锂在安全性能、循环性能和成本方面相对较为平均，但是高温性能差、能量密度低是硬伤；三元材料相对来说安全性能较差，成本偏高，但是能量密度则高于其他两种材料。出于乘用车对于续航里程的要求，目前三元材料尤其是高镍三元越来越受到业界的青睐，市场份额不断提高。

由电动汽车充电桩的发展趋势分析，V2G技术会是将来充电桩技术的核心。V2G是Vehicle-to-Grid的简称,它的核心思想在于电动汽车和电网的互动,利用V2G技术可以实现电动汽车和电网之间的双向通信和双向能量流,能够有效管理电动汽车的充放电过程,最小化电动汽车负荷对电网的冲击,同时充分利用电动汽车电池资源增加电网能量管理灵活性和稳定性。也就是说,当电网负荷过高时,由电动汽车储能源向电网馈电；而当电网负荷低时,用来存储电网过剩的发电量,避免造成浪费。因此,V2G技术是融合了电力电子技术、通信技术、调度和计量技术、需求侧管理等的高端综合应用,V2G技术的实现将使电网技术向更加智能化的方向发展。

根据中国电动汽车充电基础设施促进联盟统计，截至2016年12月，我国公共类充电桩建设、运营数量共14.1万个，而电动汽车整体保有量达到109万辆，车桩比高达7.7：1。欧洲、美国、日本等主要的电动车消费国家/地区的车桩比也均在4：1以上。全球范围来看，充电基础设施保有量相对于电动汽车保有量仍处于短缺状态。根据《电动汽车充电基础设施发展指南（2015-2020年）》的要求，到2020年，我国车桩比将达到1：1的合理水平，当前的车桩比水平离这一目标还有很大的差距，因此充电桩技术急需向着更高效更安全更合理的方向继续不断发展。

2. 研究的基本内容与方案

本课题主要研究纯电动汽车蓄电池的充电系统，基于V2G技术充电装置即结合三相电压型PWM整流器和DC/DC变换器，实现可逆充放电，低谐波污染、提高网侧功率因数、避免能量浪费。可逆PWM整流部分选用的是三相电压型PWM整流器，即可作电动汽车的充电电源，又可作电动汽车的放电负载，且在电池的充放电过程中，可实现单位功因数，电能双向流动，低谐波污染等；充放电部分采用的是双向半桥DC/DC变换器，运用其独特的升降压功能，自动调节降压充电和升压放电的转换，采用恒流恒压充电技术，消除电池的极化现象，缩短充电时间，延长使用周期。

本设计通过建立系统仿真模型，对系统进行调试及仿真波形图的可行性分析，完成对充放电系统控制策略的正确性验证。通过仿真研究，以双向半桥DC/DC变换器为基础，研究一种基于DC/DC变换器的电动汽车充电桩的拓扑结构，同时，对双向DC/DC变换器的控制策略进行研究，充电桩的电路结构简单，设计合理，工作可靠，性能完全符合设计要求。

通过对当下多种电动汽车电池的性能比较，初步选定以锂电池为蓄电池的研究对象，通过对其性能分析，选择合适的等效蓄电池模型。在电池充放电模式方面，采用先恒流后恒压的阶段式充电模式，拟选取恒流放电模式。PWM整流器有两个控制目标:一个是稳定直流侧电压；另一个是当交流侧的功率因数可控时，实现正弦波电流控制。PWM控制策略拟采用电压定向控制，控制策略中的参考电压是根据矢量大小以及作用的时间合成所得，并采用电压外环控制和电流内环控制的双闭环控制，电流内环控制能够提高系统动态性能，实现限流保护，电压外环控制能够保证直流侧电压稳定性。本次设计变换器的电路拓扑结构采用为双向半桥DC/DC变换器电路拓扑，其控制策略采用电流负反馈和电压负反馈对充电桩先恒流再恒压控制。电流负反馈和电压负反馈能抑制输入电压的扰动，负载扰动和其它干扰由电流反馈来消弱。这种方法抗干扰性好，能保证系统有良好的稳态特性和动态特性。

[1]李俄收，吴文民.电动汽车蓄电池充电对电力系统的影响及对策.华东电力,2010