基于ZVS脉宽调制技术的小功率车用充电电源设计

发布时间：2020-03-27 20:11

【摘要】：随着车辆保有量的增加,不仅消耗着越来越多的化石能源,而且还严重地影响着大气环境。为此,世界各国都在积极研发新能源车辆来取代传统燃油车辆。在我国,小微型电动车辆已经进入到千家万户,电动乘用车逐渐走进人们生活。近年除了电池等关键技术影响新能源车辆发展外,充电问题也一直是影响因素之一。通常传统小功率充电电源充电时间长、效率低、缺乏安全管理、结构简单,因此安全、高效、智能化的动力电池充电电源研发一直是业内追逐的目标。本文的主要内容就是研究并设计一种针对小微型纯电动车快速充电电源。本文首先对国内外电动车充电电源技术发展现状进行了详细分析,在此基础上提出了基于零电压软开关脉宽调制技术的车用充电电源的设计目标。软开关技术解决了传统硬开关低频、发热等固有问题,便于实现电源小型化。目前小微型电动车普遍选用技术成熟的铅酸蓄电池为动力,本课题对铅酸蓄电池的充电特性进行详细的分析,并比较了目前各种充电方式的优缺点,提出阶段变电流间歇式脉冲充电法作为本课题的充电控制策略。接下来根据充电策略展开对充电电源主电路设计方案的研究,通过对比不同电路拓扑的工作特性,选择全桥式电路作为本设计的主电路,并对软开关技术、开关管型号以及全桥式电路控制方式进行了选择。通过在传统的移相全桥直流变换系统的变压器原边与谐振电感之间增加两个箝位二极管来抑制电压尖峰,在原边交流侧增加了隔直电容,以防止由桥臂不对称的导通时间而引起偏磁的问题,在变压器副边采用全波同步整流技术。同时对改进后的移相控制ZVS PWM全桥DC/DC变换器的工作原理进行详细的分析。然后,完成以MC9S12XET256为核心的充电系统硬件电路的设计,包括主电路、控制电路、驱动电路、采样电路、通信电路、磁性元件、辅助电源及保护电路。最后,以CodeWarrior为软件开发平台,对电源系统的软件流程进行设计,特别针对脉冲充电过程中,由于电感和电容等非线性元件的存在导致脉冲间歇动态响应效果不理想等问题设计了电流闭环PI控制。最后,本文通过Saber仿真软件对系统主电路及电压电流采样电路进行仿真分析,仿真结果表明电路设计合理,元器件参数计算正确。根据设计制作出实验样机,并对电源装置的各部分电路进行检测,然后对实验用铅酸蓄电池进行充电测试,测试结果基本达到设计要求。
【图文】：

极化现象,铅酸蓄电池

放电逡逑Ｐｂ邋＋邋ＨＳＯ；邋＾ＰｈＳＯＡ邋＋邋／／＋邋＋邋２＾充电逡逑学反应方程式．？逡逑放电逡逑ＰｈＯ，邋＋Ｐｈ＋邋２Ｈ．ＳＯ，邋＾２ＰｈＳ０Ａ邋＋邋２／７，０＇邋充电逡逑入到硫酸溶液中，两电极上都会生成硫酸铅，可以附着在电极表面，这样在充电和放电的过以能够实现充电过程，是因为在给蓄电池充电在压差。所谓极化，是指电流通过蓄电池时，遍存在于蓄电池的充电过程中，极化会造成蓄速充电过程，影响蓄屯池的使用寿命。铅酸蓄学极化和浓差极化。逡逑

曲线,充电电流,铅酸蓄电池,曲线

欧姆极化、电化学极化和浓差极化共同构成铅酸蓄电池的内阻，从而影响铅酸蓄电逡逑池的充电速度。这三种极化现象跟电流的大小有关，充电电流越大，极化现象就会变得逡逑越严重。如图２．１所示为铅酸蓄电池极化现象的分布图，在蓄电池充电的前期，欧姆极逡逑化占主导；在充电中期，以电化学极化占主导；而在充电后期，则以浓差极化占主导。逡逑２．２．３铅酸蓄电池充电曲线分析逡逑铅酸蓄电池普遍应用在汽车、电动自行车、电动三轮车及电力设备领域中。从１８５９逡逑年铅酸蓄电池被发明以来，其性能不断得到改善，并且制作工艺水平越来越高［２８］。要想逡逑设计出合适的充电电源，首先要了解铅酸蓄电池的充电特性。根据美国科学家马斯逡逑（Ｊ．Ａ．Ｍａｓ）对铅酸蓄电池充电特性的研宄，为达到最低析气率，铅酸蓄电池能够接受的最逡逑佳充电电流曲线如图２．２所示［２９］。逡逑－Ａ逡逑＼逡逑＼邋析气区逡逑接受区逡逑ｉ逦＞逡逑０邋／逡逑图２．２马斯最佳充电电流曲线逡逑Ｆｉｇ．２．２邋Ｔｈｅ邋Ｊ．Ａ．Ｍａｓ邋ｂｅｓｔ邋ｃｈａｒｇｉｎｇ邋ｃｕｒｒｅｎｔ邋ｃｕｒｖｅ逡逑铅酸蓄电池在充电过程中的临界析气曲线的公式为：逡逑ｉ邋＝邋Ｗ逦（２．４）逡逑其中，ｆ为充电时间；Ａ为（＝0时刻的最佳可接受充电电流；ａ为充电可接受比；／逡逑为充电过程中任意时间点／时蓄电池的最佳可接受充电电流。逡逑由上图可知道，当充电电流超过最大允许电流曲线（即图２．２中的析气区）时，蓄逡逑电池将出现析气现象。析气现象的发生不但会使电源的充电效率下降，，而且还严重影响逡逑铅酸蓄电池的使用寿命。如果充电电流在可接受区内并且距离马斯最佳可接受曲线较逡逑远
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.6;U469.72

【参考文献】