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摘要：本文将对电动汽车充电机进行分析，并详细探究大功率电动汽车直流充电机的设计，希望可以为相关工作者的研究提供一些帮助。
关键词：大功率；电动汽车；直流充电机
前言：进入新时代后，电动汽车充电机得到了人们的广泛重视，这也给大功率状态下的直流充电机设计提出了更高要求。因此，必须正确认识电动汽车充电机，并结合实际需求，掌握具体设计要点，从而促进电动汽车健康发展。
一、电动汽车充电机分析
电动汽车充电机是指为电动汽车车用电池提供充电功能的一种设备，属于具有特定功能的一种电力转换装置[1]。其主要可以分成两种，即直流充电机与交流充电机，其中，直流充电机是指通过直流充电模式来完成动力蓄电池总成的充电工作，而交流充电机则是运用单相或者是三相交流电源来将充电电源提供给电动汽车。同时，电动汽车充电机还具有以下功能特点：首先，这一充电机具备三种状态控制，即短接、自动以及手动，操作灵活性较高。其中，短接状态是指在充电机无需工作或者是出现故障问题时，其能够对充电机进行隔离，并恢复其原有线路，这也就意味着不管充电机出现哪种情况，都可以为电动汽车处在正常工作状态提供有力保障。手动状态是指不管发电机是否处在启动状态，都可以强制性使充电机处在充电状态，可以为电动汽车维护保养提供便利。自动状态则是充电机能够依照内燃机实际工作状况，对工作状态进行自动切换，可以减少员工工作量。其次，充电机中带有LED电流显示与电压显示，能够为充电机工作状态的监视提供帮助。最后，充电机有着较小的体积，安装十分便利。
二、大功率电动汽车直流充电机的设计
（一）功率充电模块
首先，全桥式变换拓扑结构。要想设计出与大功率要求相符的充电机，就必须加强对全桥式变换拓扑结构的运用，这一结构能够通过对软开关技术的运用来将给功率器件带来的冲击降到最低。同时，全桥变换器在结构的影响下，需要运用众多功率器件，这也使得其驱动设计复杂性较高。在这一变换器中，逆变电路主要是由S1、S2、S3以及S4开关构成的，处在对角位置的开关可以同时导通，在这一过程中，直流电压可以在逆变电路变压器的作用下转换成交流电压。处在对角位置的S1与S4开关所对应的二极管分别是VD1与VD4，并且电感L是逐渐上升的电流；而处在对角位置的S2与S3开关所对应的二极管分别是VD2与VD3，并且其逐渐上升电流也是电感L。在关断所有开关时，电感L也会渐渐下降。若两组开关并没有在同一时间开通，那么变压器一次电流中就会促进大量直流分量的形成，并出现磁路饱和情况，因此，必须防止出现这一问题。同时，在综合考虑开关损耗与噪声等因素，应该把开关频率设置成17千赫。
其次，高频变压器。一方面，在选择磁芯材质时，综合考虑高频变压器的实际需求，针对20千赫高频，应该选择有着较高矫顽力的坡莫合金与铁基纳米晶。在具体设计过程中，还应该保证磁芯磁感应强度不出现饱和情况，否则会造成信号失真问题，并且变压器必须能够针对多样化工作需求将相应电感与电容提供给其。另一方面，变压器设计要求如下：开关频率应该是20千赫，输出功率是12.5千瓦，输出电压要超过700伏，而变压器的效率则超过95%。在这种情况下，视在功率PT=输出功率+（输出功率/效率）=12500瓦+12500瓦/0.95=25657瓦。
最后，输出滤波电容。在对其进行设计时，具体公式如下C0=65×10-6/R0=（65×10-6）0.2I0/△Vopp。其中，65×10-6属于铝电解电容平均常值，△Vopp则是指输出电压峰值。需要注意的是，电容并不是理想值，其自身还带有阻抗特性，通常情况下，是通过R0、C0以及L0来对电阻、电容以及电感间串联关系进行表示。在频率低于300千赫时，可以不考虑电感，并由R0、C0来对输出纹波进行决定，而且相较于电阻，电容导致的电压纹波更小，因此，可以通过电阻的合理选择来有效满足电压峰值要求，即R0=△Vopp/0.2I。结合国家电网的招标文件，本文选择的输出波纹是0.1%，由此可获得最大△Vopp值是0.7，通过计算得出电阻取值是0.14。而结合上述经验公式，滤波电容则是372。
（二）主控制流程设计
一方面，功率模块程序。这一程序运用的也是系统初始化搭配和主程序相结合的结构，并且模块化编辑的实现，可以为后续修改与维护提供便利。功率模块的主流程如下：上电—初始化—数据采集—故障检测—故障处理—是否需要返回数据—是，返回数据，数码管显示；否，数码管显示。各功率模块都能够独立运行，因此，必须做好其温度、电压以及电流的监控与诊断工作。同时，欠压、过压、风扇停转以及过温等都是常见功率模块故障类型，并且全部故障都在硬件判断之后上报到MCU微处理器中，而软件的作用则是标注好故障信号位置，并明确具体故障类型。
另一方面，终端程序。嵌入式软件运用的是C程序，主要存在人机交互界面、读卡器通信功能、电池管理系统以及主模块等。其具体工作流程如下：主程序在获得人机交互界面命令之后，把其向主模块传送，并在不存在故障状态下展开充电操作。在实际充电过程中，主程序的工作就是对故障进行检测，并把各种信息及时传到人工面板中，为供电池状态与充电机信息查询提供便利。在完成充电后，还可以结合具体需求，通过对读卡器的利用来刷取具体金额，并打印出充电信息凭条[2]。
结论：综上所述，做好大功率电动汽车直流充电机设计已经成为了一项重要工作。因此，必须正确认识电动汽车充电机，并从功率充电模块与主控制流程两方面入手，做好直流充电机的设计工作，有效满足大功率电动汽车的实际需求，从而促进电动汽车更好发展。
参考文献：
[1]何培东，赵智辉，杨丽莎，等.电动汽车大功率直流充电计量装置设计[J].机械设计与制造工程，2018，47（06）：59-62.
[2]李鹏飞，刘文珍.大功率交流车载充电与直流充电技术对比分析[J].机电一体化，2015，21（11）：23-28.