高功率密度电动汽车充电机的研究

发布时间：2017-11-26 12:01

  本文关键词：高功率密度电动汽车充电机的研究

  更多相关文章： 车载充电机 磁集成LLC谐振变换器 漏感对称调节 数字控制

【摘要】：随着大气污染与能源危机的日益严峻,电动汽车以其节能环保的特点受到各国研究机构的广泛关注。纯电动汽车的动力来源于车内动力电池组,因此动力电池组安全、可靠、高性价比的充电技术成为电动汽车市场化的关键技术问题之一。在电动汽车充电技术中,车载充电机的使用最为广泛,对于电动汽车充电机,其热点问题包括:高功率密度,高效率,智能化充电。针对以上热点问题,论文首先分析了车载充电机的系统组成,并根据性能指标要求选取了半桥LLC谐振变换器作为主功率拓扑。制约LLC变换器功率密度的主要问题之一在于其磁性元件的体积和重量,本文使用变压器漏感代替谐振电感的磁集成方案提升充电机整体功率密度。论文详细讨论了考虑漏感时半桥LLC变换器精确建模方法,给出了其基波等效模型,讨论了在考虑漏感后谐振参数与等效匝比的变化。同时论文详细分析了带中心抽头变压器由于两副边漏感分配不均而造成对谐振网络增益、等效谐振频率、效率以及软开关性能的影响。为解决磁集成漏感不对称所造成的影响,论文从空间几何角度对变压器漏感进行了解析建模,并指出副边两漏感不对称的原因在于两副边的几何中心位置相对于原边不对称。进而本文提出基于几何位置对称的双绕组副边结构,此结构可有效保证两副边漏感具有良好对称性。为满足LLC谐振变换器设计中对于谐振电感感值的要求,需要使磁集成变压器漏感值可调。本文基于漏感值受原副边绕组间距影响的理论基础,提出一种可以灵活调节漏感值的原副边绕制方法。论文采用有限元磁场仿真的方法,验证了以上理论的正确性。除从变压器绕制方式上改进两副边漏感对称度以外,本文还提出采用不对称控制方式,来调节由于漏感不对称造成的正负半周电流不对称问题。为满足蓄电池高效率高可靠性充电所需的复杂控制逻辑,本文给出了LLC谐振变换器全数字控制设计方案。变换器可在宽输入输出范围实现恒压,恒流与恒功率工作。同时,为配合核心控制器DSP正常工作,本文还论述了驱动电路、采样调理电路和保护电路的原理与设计过程。同时,本文还阐述了数字控制方案的具体流程图。最终,本文完成了一台交流180V~260V输入,直流输出54V~72V,输出功率2000W原理样机的设计与验证试验。使用磁集成技术完成的主功率变压器相比于集成前节省30%体积与重量。由于节省了谐振电感生产工序,生产效率可得到提升。使用对称结构绕制的带中心抽头变压器漏感不对称度小于2%,且漏感在一定范围可灵活调整,整机最优效率94.4%。不对称控制方法得以实现,实验波形证明了其副边电流不均衡的良好补偿效果。最终,本文给出了充电机实际充电曲线与效率曲线,并详细论述了充电机的损耗分析过程,实验结构验证了理论分析和参数设计的正确性。2000W充电机已通过项目验收,并已售出上千台,产生了良好的经济效益。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM910.6;U469.72

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