大功率电动汽车直流充电机设计

发布时间：2017-09-20 00:24

  本文关键词：大功率电动汽车直流充电机设计

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【摘要】：随着节能减排要求的日益迫切以及科学技术的不断发展,新能源替代传统化石燃料能源成了整体趋势,特别其中是电动汽车产业的高速发展,带动了配套的充电系统设备也将成为新能源产业在交通领域的基础位置。目前,国内外都在积极推进并开发各种类型的电动汽车充电配套设备,从最初的小功率交流、直流充电机,到近年国内外的充电设备以能够实现电动汽车快速充电的大、中功率直流充电机作为主流发展方向,建设了不少大型充电站示范项目。本文将电动汽车大功率直流充电机作为主要研究内容,完成了100kW直流充电机的开发。直流充电机是电动汽车充电系统中的重要组成设备,其工作过程将电网能量通过电力变换输送给电动汽车的电池系统。本文设计的直流充电机是一种实现AC/DC转换的电源设备,具有功率密度高、效率高、结构紧凑、人机交互性强、人性化设计及实时通信能力。本文详细介绍了直流充电机的设计开发过程,给出了充电机的系统功能及主要参数,并对直流充电机的硬、软件进行了详细设计。硬件部分包含了功率模块的电力电子拓扑结构、整流电路、IGBT模块及其驱动、高频变压器、隔直电容、高频电感以及滤波电容的设计,涉及到的大功率整流及PFC技术、高频逆变控制技术、功率模块元件设计选型、功率控制技术、并联均流技术等；软件设计则基于硬件回路、控制回路以及信号通信的架构,详细介绍了功率模块的运行程序、管理模块运行程序、数据采集与处理、故障处理、CAN通信等控制流程的主要步骤,直流充电机能够按照控制策略执行并完成外部指令输入、故障判断、信息通信的功能。同时,本文在直流充电机的安全性也进行了人身防护、设备防护以及电磁兼容性三个方面做了的防护性设计,达到形成了产品化的开发目的。本直流充电机在公司测试平台完成了全面性能测试,各项指标达到设计要求,并满足了国内已出台的相关产品标准,并在德阳进行了样机的安装及测试,均满足使用需求。
【关键词】：直流充电机 功率模块 控制策略
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM910.6
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-16
• 1.1 电动汽车充电机的介绍以及课题的提出12
• 1.2 电动汽车充电机国内外研究现状12-15
• 1.3 研究的目的和意义15-16
• 第2章 大功率直流充电机系统方案16-20
• 2.1 大功率直流充电机主要功能16-18
• 2.1.1 充电功能16-17
• 2.1.2 充电模式设定17
• 2.1.3 人机交互功能17
• 2.1.4 计量计费功能17
• 2.1.5 故障保护功能17
• 2.1.6 数据通信功能17
• 2.1.7 扩展功能17-18
• 2.2 系统架构设计18
• 2.3 系统关键技术18-19
• 2.4 系统主要技术参数19-20
• 第3章 直流充电机的硬件设计20-40
• 3.1 功率部分充电模块设计20-31
• 3.1.1 全桥式变换拓扑结构21-22
• 3.1.2 前级整流滤波电路22-24
• 3.1.3 IGBT驱动模块24-25
• 3.1.4 IGBT驱动电路设计25-28
• 3.1.5 高频变压器设计28-29
• 3.1.6 隔直电容选取29
• 3.1.7 副边整流二极管选择29-30
• 3.1.8 输出高频电感设计30
• 3.1.9 输出滤波电容设计30-31
• 3.2 充电机控制电路31-38
• 3.2.1 MCU系统32-33
• 3.2.2 PI调节器33
• 3.2.3 PWM波电路33-34
• 3.2.4 驱动电路34-35
• 3.2.5 电源模块35-36
• 3.2.6 检测电路36-38
• 3.3 CAN总线38-40
• 3.3.1 网络拓扑结构38-39
• 3.3.2 物理层设计39-40
• 第4章 控制策略及通信协议设计40-63
• 4.1 主控制流程设计40-53
• 4.1.1 功率模块程序流程41-43
• 4.1.2 管理模块程序流程43-47
• 4.1.3 充电机终端程序流程47-53
• 4.2 数据采集与处理53
• 4.3 充电控制策略53-54
• 4.4 故障处理子程序54-55
• 4.5 并联均流55-58
• 4.6 CAN通信58-60
• 4.7 计量计费流程60-63
• 4.7.1 电网测量60
• 4.7.2 人机交互60-61
• 4.7.3 信息打印通信61
• 4.7.4 刷卡计费系统61-63
• 第5章 安全保护设计63-69
• 5.1 人身安全保护63-64
• 5.1.1 直接接触防护63
• 5.1.2 间接接触防护63-64
• 5.1.3 必备的附加保护措施64
• 5.2 设备保护64-67
• 5.2.1 光耦隔离64-65
• 5.2.2 过温、过流、过压保护65-67
• 5.2.3 其他保护67
• 5.3 电磁兼容设计67-69
• 5.3.1 减少来自电源的干扰67-68
• 5.3.2 硬件电路的抗干扰68-69
• 第6章 样机研制及测试69-77
• 6.1 样机研制69-71
• 6.2 样机测试71-77
• 6.2.1 试验环境搭建71-73
• 6.2.2 测试结果73-77
• 结论77-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-84
• 攻读硕士学位期间发表的论文84

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