车载双向DC-DC变换器-充电机集成系统的研究

发布时间：2020-05-19 08:30

【摘要】：近几年,以电动汽车为主的新能源汽车因为其环境污染小、节约能源等优势受到了广泛的关注,但电动汽车相关技术的迅速发展也带来了一系列需要解决的问题。其中,尚未完全攻克的充电技术阻碍了电动汽车的进一步普及。目前电动汽车主要通过外部的充电桩或车内的电力电子装置充电。充电桩对场地和成本的需求高,并且往往需要针对性设计。车载充电装置能够解决充电配套设施建设的困难,但对充电系统的效率和体积要求高。本文主要针对车载集成充电系统展开研究,以三相交错并联作为主电路拓扑,对其工作原理、控制策略及仿真建模等内容进行了分析,提出了一种用于设计变换器参数的方法,并应用这种方法完成了集成充电系统的设计。首先,对三相交错并联变换器作主电路的集成充电系统的工作原理进行了分析,说明了交错并联结构对输入侧总电流纹波的抑制作用;用小信号分析法建立了主电路的动态模型,研究了交错并联变换器的控制策略;分别在仿真软件PLECS和MATLAB/Simulink中进行了Boost模式和充电模式的仿真,通过实验验证了控制策略的可行性。其次,为了使系统兼具高效率和高功率密度,提出了一种用于变换器关键参数最优设计的方法。结合了利用解析式和算法设计参数的优点,将系统的损耗和体积解析化;重点对电路中的功率电感进行了研究,包括其磁芯材料、正向设计流程及损耗分析;利用迭代的思想实现变换器中电感量和开关频率等参数的最优设计。最后,基于上述的拓扑结构和最优设计的参数结果完成了集成充电系统的设计。结合理论分析与仿真结果,对主电路中的功率器件、功率电感及输出电容进行了选型和设计;对Boost模式下的动态响应和充电模式下的网侧电能质量的仿真结果进行了重点分析;基于仿真软件LTSpice和功率器件的SPICE模型,对系统在两种工作模式下的损耗和效率进行了计算;进行了相关实验,对选用的功率器件进行了测试。
【图文】：

交错并联,开环,仿真模型

＋图 2-12 单相可控 PWM 整流电路的直接电流控制4 集成充电系统仿真分析4.1 三相交错并联 DC-DC 变换器仿真分析在仿真软件 PLECS 中搭建三相交错并联 DC-DC 变换器的开环仿真模型图 2-13 所示。输入侧用电压源串电阻来模拟电池。电压源设置为电动汽车标准 336V，串联的电阻设置为 50mΩ。输出侧为电阻负载，电阻值由系统和输出电压决定。六个开关管均选用器件库中的理想 MOSFET，其驱动时三个脉冲发生器产生。脉冲发生器的频率等于 MOSFET 的开关频率，占空照输入电压和输出电压计算。三相驱动信号在相位上依次滞后 120 度，按周期换算成时间。三个交错并联电感的设置如下图所示，电感量完全相同环仿真不考虑电感的导通电阻，认为是理想电感。输入电容和输出电容均0μF。按照 PLECS 的仿真要求，电容所在支路必须串联一个很小的电阻，在输入电容和输出电容所在支路分别串联了 10mΩ 的电阻。

模型图,单相可控整流,电路仿真,模型

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文4.2 复用充电机仿真分析在 MATLAB/Simulink 中搭建的充电模式电路模型由两部分构成。第一为前两相电感组成的单相 PWM 可控整流电路。作可控整流时，滤波电感于前两相的电感串联。系统采用双闭环控制，，电压外环通过将输出电压与的参考电压对比，经 PI 控制器输出，再与电压相位相乘，得到的正弦量作流内环的参考量。电感电流与参考电流做差后送入 PI 控制器，产生相应M 驱动信号。电路在整流的基础上实现了 PFC 功能。仿真模型如图 2-1。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM46

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