严培波

（盐城师范学院，江苏 盐城224007）

1 概述

由于人们保护环境的意识增强，越来越多的人希望选择一种便捷且更加环保的出行方式，在这种形势下发展电动汽车等清洁能源汽车是可行且必要的。而供电系统是电动汽车发展的关键，因此，想要更好的发展电动汽车就必须重视充电设备的发展[1]。

根据以前的研究发现，电池的物理性能、环境以及充放电规律等都会影响电池的寿命[2]。充放电的不合理性是蓄电池早期失效的重要原因，因此，如何控制充放电对提高电池的利用率具有重要作用。

不仅蓄电池对电动汽车有很大的影响，电动汽车充电桩也是供电系统的重要组成部分。据统计，2018 年上半年，新增部分的公共汽车充电桩（含专用）比去年同期增长90.6%，其中符合2015 版国标的公共汽车充电桩占比约90%，公交、出租车用电有所增加。

2 电动汽车的快速充电方式

蓄电池的充电方法包括恒压充电法、恒流充电法和阶段式充电法等。这三种充电方法都是以恒压或者是恒流充电为基础的，但是它们都存在充电时间长的缺点，这在当今讲究高效的社会生活来说是极不方便的，因此研究快速充电法很有必要。这种方法不但要求缩短充电时间，而且要保证在充电过程中尽量减少正负极的极化现象，以此提高充电效率。主要的快速充电方法有：脉冲式充电法、变电流间歇充电法、变电压间歇充电法。

脉冲式充电法的充电曲线如图1 所示，原理上运用的是恒流充电法，但是与恒流充电法不同的是脉冲式充电法的电流的形式是脉冲形式，因此，该充电过程的特征是间歇性周期循环。该方法和其它方法不同的地方在于有一个间歇停充期，在这段时间内，蓄电池再生和吸收由化学反应生成的氢和氧，从而去除欧姆极化与浓差极化以达到降低内压的效果，使其更好地进入下一个充电循环周期，让更多的电量被蓄电池吸收。通过上述一系列的分析可以看出，该充电方法有效地提升了反应时间，有效控制了蓄电池产生的析气量，使得整个充电过程的效率得到了更好的提升。

图1 脉冲式充电法曲线

3 模糊PID 控制的设计及仿真测试

如图2 所示为模糊PID 控制流程图。模糊控制器的设计主要包括输入模糊化、模糊规则的建立、模糊推理、逆模糊化四个部分。模糊PID 的控制过程如图3 所示。

首先输入假设给定变量是E（误差）和EC（误差变化率）。输出就是Kp、Ki、Kd 三个参数，以此通过模糊控制帮我们整定Kp、Ki、Kd 的三个参数。离散论域[-12,12]，模糊化后的子集E，EC=｛NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB｝。这些子集分别表示负大、负中、负小、零、正小、正中、正大。

运用MATLAB 软件设计模糊控制器，设计流程如图5 所示。

4 测试结果

从基于模糊PID 的充电系统的曲线图6 可以看出运用此种类型的充电系统能够提高电动汽车的充电效率，并且在35 分钟左右，两种电动汽车都可以充电到80%的SOC。充电系统采用模糊PID 控制为基础，它具有很大的潜力，提供最佳的充电率，并且在充电多个电动汽车能够同时保持合同电力。此外，关于环境温度的影响，类似于在第三章中，夏季同时充电的结果导致充电率高、充电时间短。数值计算表明，采用基于模糊PID 的充电桩控制系统可以完成最优的充电。

图2 模糊PID 控制流程图

图3 模糊PID 控制过程

图4 输入fuzzy

图5 确认输入输出

图6 隔离型电动汽车的充电行为

电动汽车由于其电化学性能稳定、能量密度高、寿命长等特点，一般采用锂离子电池。由于锂离子电池的特性，在低电压下，电池的充放电速率越来越低。通过使用直流充电桩进行充电测试，其输出电压范围为50-500V，输出电流范围为0-125A，额定功率输出为50kW。在相对较长的时间停车后对电动汽车进行充电, 假设电动汽车电池的温度相对于环境温度，对三种不同车辆进行三次充电试验，并对其充电状态（SOC）进行充电试验。充电前的电池状态设置为约30%，当SOC 达到80%时停止充电。

5 结论

从充电桩充电控制系统仿真中我们可以得出，没有一种控制理论和控制策略能够适用于车辆的所有情况并取得最优的效果。但在某一种情况下，我们有必要研究一种更有效的理论方法和控制策略。根据当前电动汽车不可逆的发展趋势，研究最佳充电方式是极有必要的。提高充电效率以及电池的利用率能够对人们的生活提供极大的便利，比如说节约时间和成本。所以，本设计研究的基于模糊PID 控制的充电桩控制系统就是为了这一目的而展开的。虽然它可能不会永远是最优方案，但它可以为之后的优化方案提供对照和思路。除了强调模糊PID这一算法之外，其他充电方式的选择还有硬件电路的选择对充电效率和电池利用率都有较大的影响。