基于半桥LLC谐振的电动汽车充电模块研究与设计

发布时间：2020-04-01 08:37

【摘要】：近年来全球汽车保有量仍呈快速上升的趋势,传统燃油汽车造成的环境污染以及不可再生能源消耗过度问题也越来越严重。随着人们的环保呼声日益强烈和发展新能源意识连年提高,新能源电动汽车应运而生。但在电动汽车推广与应用过程中仍存在缺少大量的高效率、体积小、稳定的充电模块等问题,因此开发一款高性能的充电模块对推动电动汽车产业发展具有重要意义。DC/DC变换是充电模块的核心,传统的硬开关DC/DC变换器在开关时因电压电流波形产生交叠等限制,普遍开关耗损较高。本文设计了一种基于半桥LLC谐振变换器电动汽车充电模块,半桥LLC谐振拓扑具有能够实现软开关(ZVS)的高效率传输的优点,且变压器工作于高频状态,体积小,十分适合作为电动汽车充电机的主功率模块。文中首先对半桥LLC谐振拓扑的工作原理进行分析,依照原理将半桥LLC谐振分为三种不同工作模式,并对不同模式下工作模态进行研究分析。通过基波分析法(FHA)建立了 LLC谐振电路的等效模型,得出其增益特性,并利用仿真软件MATHCAD绘制其增益特性曲线,根据增益特性曲线分析主要谐振参数电感比以及品质因数对参数取值的影响。在此基础上进行基于半桥LLC谐振的低速电动汽车充电模块主电路参数设计,并利用仿真软件PSIM验证谐振腔元件参数设计的可行性,保证其能够实现高效率传输,并简要设计前级AC/DC的Boost型APFC电路。然后针对电力电子设备的数字化发展趋势以及电动汽车动力电池的几种充电方式,设计了基于半桥LLC谐振充电模块的先恒流再恒压的分阶段双PI闭环数字PFM控制方案。并基于STM32F103C8T6数字控制芯片,设计电压电流采样电路及输入欠压保护等外围硬件电路,先通过仿真软件Saber进行闭环PI参数验证,最后制作了一款550W样机并搭建了实验平台,并对相关波形进行测试,验证了理论分析的可行性及正确性。
【图文】：

控制网络通过检测网络提供的运行参数，通过比较器与设定值进行对比，进而逡逑将误差放大，从而控制脉冲宽度（ＰＷＭ）或控制脉冲频率（ＰＦＭ）来实现对功逡逑率网络的控制［６１，如图１．２。一直以来，ＤＣ／ＤＣ的控制与主功率电路都是通过纯逡逑４逡逑

是瞬间导通，而是会存在一段过渡过程，导通时开关管ＤＳ两端电压不能瞬间逡逑为０，会有一定的压降，与此同时流过开关管ＤＳ间的电流慢慢增加，开通过程逡逑中必然产生能量交叠，瞬时电流与瞬时电压的乘积将产生功率损耗［１３］，如图２．１，逡逑这便是传统的硬开关拓扑的弊端。而含变压器的电动汽车带隔离型充电模块中，逡逑工作频率越高，变压器初次级匝数越少，因而推动电动汽车充电模块小型化与逡逑轻量化发展必须使变压器实现工作高频化。因为开关管硬开关过程产生的平均逡逑开关损耗可达其通态损耗的几十倍，充电模块因此不能一味追求高频化与轻量逡逑化，，工作频率越高导致的硬开关损耗越大，因此充电模块轻量化与高频化的根逡逑本是要提高充电机功率密度，减小开关损耗。逡逑Ａ邋Ｉ邋｜逡逑ＤＳ间１逦开关管ＤＳ间电流逡逑电压！邋／邋ｊ逡逑ＨＩｎ逦．逡逑Ｉ邋Ｉ逡逑Ｉ邋Ｉ逡逑Ａ邋Ｉ逦功率损耗逡逑ｒ逦，逡逑图２．１硬开通过程逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｈａｒｄ－ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ邋ｔｒａｎｓｉｅｎｔ逡逑８逡逑
【学位授予单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM46

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 刘云;周友富;安菁;;基于专利共引的电动汽车核心技术领域分析[J];情报学报;2013年03期

2 志豪;;我省将成世界电动汽车基地[J];广东交通;2010年02期

3 周琳;;摩纳哥纯电动赛车闪亮世博会[J];广东交通;2010年04期

4 过学迅;黄妙华;;世界电动汽车发展走向[J];国际学术动态;2003年05期

5 ;2030年电动汽车铝需求量或达1000万吨/年[J];铸造工程;2019年03期

6 ;到2025年 电动汽车对稀土的需求将增长350%[J];稀土信息;2019年12期

7 邱雨;;国际电联明确提出电动汽车无线充电三个使用频段[J];中国无线电;2019年11期

8 袁忠;;纯电动汽车的发展及其关键技术[J];时代汽车;2019年18期

9 ;德国超越挪威，成为欧洲大电动汽车市场[J];橡塑技术与装备;2020年02期

10 ;2014—2018年世界主要国家电动汽车保有量[J];当代石油石化;2019年12期

相关会议论文 前10条

1 顾丽华;祝军华;;电动汽车火灾危险性分析及对策研究[A];2016中国消防协会科学技术年会论文集[C];2016年

2 董淑量;;电动汽车火灾成因及预防探讨分析[A];2016中国消防协会科学技术年会论文集[C];2016年

3 孙娟;;关于电动汽车的火灾预防[A];2016中国消防协会科学技术年会论文集[C];2016年

4 王猛;孙泽昌;;电动汽车驱制动能耗特性研究[A];2013中国汽车工程学会年会论文集[C];2013年

5 呹本政男;晪道力;

本文编号：2610217