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摘要：依据交流充电桩的结构特点和功能原理，分析了组成新型交流充电桩的控制元件，分析了APF功能的单相交流充电桩的系统组成和工作原理。在实际应用可行的基础上，在交流充电桩上加上有源滤波器。从而可以形成减少谐波对系统的干扰作用的功能，继而提升电动汽车交流充电桩抗谐波的稳定性。
关键词：电动力汽车；有源滤波器；交流充电桩；技术；应用实施
能源问题作为世界上一直关注的问题，新型汽车的驱动能源也成为一个新兴话题一直备受关注。其中，电动力汽车的发展越来越迅速，利用电能作为驱动能源，有利于人们缓解能源危机。自然而然，当电动汽车的电能耗尽时，就需要对汽车的电池进行充电。关于充电过程会涉及到很多问题，本文从减少谐波的干扰的角度出发，计划在充电桩当中加入有源电力滤波器，从而减少干扰，达到提升充电系统信号稳定的目的。
1 电动汽车电能供给装置
1.1直流充电桩和交流充电桩的特点
电动汽车的电能供给装置作为整个电力驱动产业很很重要的一环，影响着整个产业的运行。其充电形式主要为处于直流电流中的直流充电机与处于交流电流中的交流充电机。充电功率大，充电时间短，结构整体体积大是直流电机所具有的特点，由于这些特点，直流电机通常安装在固定的位置。交流充电机的不同之处在于它可以直接提供交流电，然后利用用户所具有的的车载式充电设备直接给电池充能，一般采用220V单相交流电供电，每台充电机的容量可以达到6KW。相对于直流充电机，交流充电机的功率稍微小一点，充电时间长一些，但是相对的体积会很小，利于充电桩的安放。可以见得：利用交流充电桩体积小的特点，可以很方便安装在小区停车场，占地空间小，又能方便电动车车主充电。
1.2 充电过程的影响分析
汽车充电一般为直流充电，如果采用交流充电桩，则需要利用变换器，将充电桩输出的交流电变为直流电，但是在这个转换的过程中，谐波不可避免的会出现，造成对充电系统的干扰。当充电桩的数量不断增加，车载充电器会不断的造成谐波的产生，当数量叠加到一定程度会降低电网的质量，使电网的稳定性下降，甚至会对充电桩的计费系统和信息交换造成干扰，影响收费和通讯。
我国电动汽车的迅速增长，会使得整个产业功能的需求增加。现在很多人都侧重在考虑计费系统、通信方法、监控能力和供电功能，却经常忽略了对充电过程的滤波处理。所以，本文简单谈谈在交流充电桩当中加入谐波处理后的系统组成以及解决方案。
2 带有APE交流充电桩控制系统组成结构
要想在交流充电桩中加入APF（有源电力滤波器）功能，则其结构组成需要有：主要负责主要充电功能的主充电电路单元以及相应的控制部分、人机交互界面、计费结构、收费硬件结构和有源电力滤波器结构。其所有的组成结构分配如图1所示
其结构主要有一下几个特点①输出口配置配备有智能电表，可以用来检测输出电流量大小，并且收集信息，然后通过RS485传输给充电桩集成控制部分，并且储存信息。通过这个模块的过程，即可以显示充电量的多少，也能对充电过程进行双向的记录，能为以后电网为电桩智能分配电量提供信息上的帮助。②通信功能强大，控制部分可以利用RS485来得到用户的充电电量大小，从而可以达到在充电过程进行的同时自动进行收费。③联网功能，后台监控系统可以可以通过网络连接端口或者CAN、GPRS/CDMA网络将用户充电、使用信息采集和传输输出控制指令。
3 车载充电器电路拓扑结构和原理
车载充电器利用有源功率因素矫正电路输入，采用单相 AC220V电流，其工作原理的电路拓扑在图 2可以表示。输入采样电路对220V电路首先进行处理，然后经过EMI，然后经过整流、APFC功率因素矫正、全桥逆变、全桥整流LC滤波、EMI及采样电路后，交流电则会变成为直流电流，然后输入到电动汽车电池内，为电池充上电能。现在充电设备给电池充电一般要经过两个阶段，第一个阶段是恒流充电，由于充电开始时，电池的电动势和电压都处于一个较小值，所以充电的电流相对来说较大，所就是第一阶段恒流充电阶段，控制电流为一个接近定的电流数值。当充电时间的累积，电动势和电压增高到一定的数值，到达电池的最大充电电压时，就到达第二充电阶段，恒压充电阶段，稳定电压的大小，进而增加电动势。
4 交流充电桩电路拓扑和有源滤波器的基本工作原理
想要一般的单相交流电桩带上APF功能，其主要的实现方法为在充电桩输出上并联上单相APF电路。接触器、继电器、收费电表、控制部分、读卡器和交互界面由处在APF电路支路的上级供电，用这种供电方式可以避免车载配适器谐波造成的干扰。将单相APF单元在充电桩系统中独立出来，使其工作状态与充电桩的工作状态为相互独立，互不干扰，即二者一方功能的正常与否不依赖另一个系统的功能正常与否。一次电路电路拓扑和二次控制功能可以在图3中见得。
图3中，有源滤波器的基本工作原理可以表示为：通过测量元件测出补偿对象当前的电流和电压，然后通过指令电流运算电路分析处理，取得指令信号，然后通过处理该信号，然后通过补偿电流使得电路放大，使补偿电流出现，此时将补偿电流中补偿的谐波与没有做功的电流相互抵消，最后得到了消除谐波干扰的电流。另一种情况为：当负载会产生谐波电流时，利用滤波器可以将其负载电流和谐波反极性后当做指令信号，可以用来补偿电流。具体工作原理是当补偿电流发生器产生了一种与之前谐波电流中谐波分量大小相等方向相反的补偿电流，这样就可以使得谐波电流和补偿电流相互抵消，消除了谐波， 只留下了基波。这样就完成了过滤系统中的谐波的功能。
5 充电机软件方案简述
有源电力滤波器的软件方案可以用图4的框图来表示。整个软件运行过程可以描述为：首先进行A/D采样，然后通过进行有源滤波器、充电机谐波电流计算和电容器的电压和设定值差计算，将其前面几种计算综合考虑进行调制波的计算和输出，然后在考虑载波的条件下进行脉宽调制后进行脉冲输出。
系统中产生的25-45次的谐波很容易被接入有源滤波器的充电系统消除，并且能够观察电网的实际情况波动智能的调节电压和电流的相位角，将电流波形修正成正常形式，使功率因素提高到一个比较大的数值，快速、稳定的抵抗谐波的干扰。并且利用有源滤波还可以动态补偿无功功率，降低能耗，一般可以滤除系统中95%以上的谐波。通过图5和图6的电流波形图，我们可以明显的看到补偿前和补偿后整个电流波形的不同，补偿前的波形谐波干扰较为严重，补偿后的波形几乎变成了完全的正弦波形。
6 结束语
本文通过综合分析直流、交流充电桩结构上各自的优缺点，通过对交流充电桩增加有源滤波器，研究带有APE交流充电桩控制系统组成结构、车载配适器的电路拓扑，充电桩的电路拓扑，整体系统结构组成等进行综合分析，再详细分析有源滤波器实现滤波功能的原理，综合软件方案，最终达到了减少谐波对整个系统的干扰的目的，提高了系统的稳定性，增加了系统的效率，减小了系统的不必要的消耗。相信在不久的将来，带有智能有源滤波器的充电桩将会不断的安装，使得电动车能更好的从电网中取电，推动电动清洁能源产业的前进。
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论文作者:于维平,于宁,司呈恪
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第02期
论文发表时间:2019/6/17
标签：谐波论文; 电流论文; 滤波器论文; 电路论文; 功能论文; 系统论文; 结构论文; 《当代电力文化》2019年第02期论文;