电动汽车双向功率变换器的研究

发布时间：2020-11-11 02:41

　　 近年来,由于电动汽车低排放、节能和环保的优点,使其成为了汽车行业中新的宠儿。随着电动汽车的蓬勃发展,其相应的充放电技术也有着日新月异的变化,充放电技术关系到电能的有效利用,因此先进的充放电技术已成为电动汽车研究的核心内容之一。通常电动汽车车载动力电池充电机和低压蓄电池充电器设计为分离的装置,这种方式浪费了车载空间,推高了汽车成本。同时动力电池充电机大部分不支持能量双向流动和V2G(Vehicle to Grid)功能,无法给用户提供更好的使用体验。因此本文将在国内外电动汽车的车载动力电池充电机技术的基础上,对相关功率电路的拓扑结构进行重用设计,设计出了具有新型组合式拓扑结构隔离型三端口DC/DC变换器的电动汽车双向功率变换器,该变换器将原有分离的车载动力电池充电器和低压蓄电池充电器进行复用合并,并可以实现动力电池给电网回馈电能的功能。本文首先根据双向功率变换器比较复杂的应用场景及技术要求,选择单相全桥AC/DC拓扑结构作为双向功率变换器的第一级结构,选择隔离型三端口全桥DC/DC变换器作为双向功率变换器的第二级结构,这两级结构在功能上相辅相成,最终实现所要求的功能。其次简要的分析了双向功率变换器在不同应用场景下所能实现的不同工作模式,及单相全桥AC/DC部分和隔离型三端口DC/DC变换器部分分别在不同工作模式下的工作原理和工作方式。然后根据双向功率变换器的工作原理并结合系统的稳态电路,建立双向功率变换器两级结构的数学模型,进而推导出两级结构在不同工作模式下的传递函数,并根据不同的工作模式提出了相应的控制算法,利用MATLAB/Simulink软件验证系统的算法及拓扑结构的正确性。最后在理论分析的基础上,搭建出试验样机,并通过对硬件平台的调试验证双向功率变换器的理论正确性本文设计的电动汽车双向功率变换器,能完成三种不同的工作模式,实现了充放电功率电路的集成与重用。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM46
【部分图文】：

电子科技大学硕士学位论文校正（Active Power Factor Correction，简称 APFC）和 DC/DC 变换器组成；驱动模块中负责将动力电池中的直流电变换为交流电给电机进行驱动的变换器，主要是由 DC/DC 变换器和逆变器组成；辅助低压电源模块中负责将动力电池中的电能变换给低压蓄电池进行充电的变换器，主要由一个 DC/DC 变换器构成。由此可以看出在传统电动汽车电源系统中要实现能量不同方向的流动，则需要多个变换器，这使得我们在电源系统使用的开关器件过多、体积过大、成本过高。本论文将根据传统电动汽车电源系统中的不足，设计电动汽车双向功率变换器，使其能融合多种工作模式和集成电力电子器件，达到使用更少的器件来实现能量不同方向流动的功能。

第一章 绪论然而这种传统的 OBC 拓扑结构，只具有单向的充电功能并不支持能量的双向流动且功能单一。由于人们现在需要将电动汽车的充电机应用在 V2G 等能量需要在不同方向流动的场合。则传统 OBC 电路拓扑结构不能满足此应用场合故需要开发高效率、高功率密度，支持能量双向流动的电动汽车动力电池充放电设备[11]。

图 1-2 传统 OBC 电路拓扑大部分的学者为了解决能量双向流动的问题，都研究和采用了前后两级结构（AC/DC 和 DC/DC），如图 1-3 所示。文献[12-15]就是采用了图 1-3 所两级结构，该隔离型拓扑结构利用变压器磁耦合实现了电气隔离。文献[16-研究基于整流器的充放电机拓扑结构，在保证电网侧高功率因数和正弦电前提下实现电动汽车的充放电。以上文献虽然都研究了动力电池的充放电，但均未考虑低压蓄电池充电的问题，故还存在一定的局限性。
【参考文献】

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本文编号：2878635