高效率电动汽车车载充电机研究

发布时间：2017-09-06 10:30

  本文关键词：高效率电动汽车车载充电机研究

  更多相关文章： 充电机 LLC变换器 变占空比 高频隔离 全数字

【摘要】：随着能源危机的不断加剧以及生态环境的不断恶化,以混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicles, HEVs)和纯电动汽车(Battery Electric Vehicles, BEVs)为主的新能源汽车在越来越多的国家得到广泛的推广。与此同时,作为电动汽车核心充电设备的车载充电机也受到了越来越多的关注。研究一种高可靠性、高效率和高功率密度的车载充电机不但可以提高车载电池的寿命,还可以减少污染,节约能源,对推广普及电动汽车有重要的现实意义。根据电动汽车充电机相关标准要求,本文研究的车载充电机采用了交错并联Boost功率因数校正电路(Power Factor Correction,PFC)和LLC谐振电路级联的系统结构。前级Boost PFC采用交错并联结构,一方面可以减小输入电流高频纹波,降低谐波畸变率,另一方面可以减小功率器件的电流应力,方便开关管的选取；后级采用独立控制的LLC电路结构,不仅在全负载范围内实现原边开关管的零电压软开通(Zero Voltage Switching, ZVS),在工作频率小于谐振频率时实现副边整流二极管的零电流关断(Zero Current Switch,ZCS),还提高了对电池充电特性的适应能力。为提高效率和功率密度,对LLC电路设置了较高谐振开关频率；为了避免模拟信号畸变失真、实现复杂的控制方法以及通信功能,本文设计的充电机前后级电路均采用了数字控制方式,使用数字信号处理器(Digital Signal Processor, DSP)。电压和电流信号通过调理电路采集进入数字控制芯片的AD采样口,在数字控制芯片中进行PI运算,根据运算结果改变开关频率,以满足锂电池在直流充电过程中不同的电压电流要求。针对LLC谐振变换器在低增益、轻载时增益曲线变缓,调频幅度过大不能满足锂电池过放电后涓流充电的问题,本文研究了一种定频变占空比控制策略。区别于LLC谐振变换器占空比固定为0.5,通过改变频率来满足不同输出要求的传统控制方式,变占空比控制策略,将不同的控制要求转化为对LLC原边开关管导通时间的控制,不仅满足了锂电池涓流充电的要求,还从驱动电路硬件上防止LLC电路同一桥臂开关管直通事故的发生,从而实现了充电机的可靠运行。本文搭建了一台3kW实验样机平台,采用全数字控制,实验结果均验证了理论分析的正确性和有效性。满载工作时,交流输入电流谐波畸变率有效减小,功率因数达到0.99,整机效率达到95%。
【关键词】：充电机 LLC变换器 变占空比 高频隔离 全数字
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 课题的研究背景与意义8-9
• 1.2 电动汽车充电机的研究现状9-13
• 1.2.1 电动汽车充电机的种类及架构9-10
• 1.2.2 车载电动汽车充电机发展现状10-11
• 1.2.3 车载充电机拓扑结构11-13
• 1.3 车载电池充电技术13-14
• 1.3.1 车载动力电池发展现状13
• 1.3.2 锂电池充电技术发展13-14
• 1.4 课题的主要研究内容14-16
• 第二章 车载充电机工作原理16-28
• 2.1 交错并联BOOST PFC原理分析16-19
• 2.1.1 主电路拓扑16
• 2.1.2 电路工作原理16-18
• 2.1.3 电路基本特性分析18-19
• 2.2 全桥LLC电路原理分析19-27
• 2.2.1 主电路拓扑19-20
• 2.2.2 电路工作原理20-23
• 2.2.3 电路的基本特性23-27
• 2.3 本章小结27-28
• 第三章 控制策略的研究28-41
• 3.1 PFC控制策略28-29
• 3.2 LLC变频控制策略29
• 3.3 LLC变占空比控制策略29-33
• 3.3.1 LLC谐振变换器在低增益轻载时的问题29-30
• 3.3.2 LLC谐振变换器变占空比控制原理30-32
• 3.3.3 LLC开关管脉冲控制信号生成策略32-33
• 3.4 变母线电压控制策略33-35
• 3.5 充电控制策略35-36
• 3.6 LLC谐振变换器的小信号模型及控制器设计36-40
• 3.6.1 小信息号模型的建立36-38
• 3.6.2 控制器设计38-40
• 3.8 本章小结40-41
• 第四章 LLC变换器的软硬件设计41-50
• 4.1 PFC功率电路参数设计41-43
• 4.1.1 升压电感设计41-42
• 4.1.2 输入电容设计42-43
• 4.1.3 输出母线电容设计43
• 4.1.4 功率器件选择43
• 4.2 LLC功率电路参数设计43-48
• 4.2.1 谐振参数设计44-46
• 4.2.2 磁件设计46-48
• 4.2.3 功率器件的选择48
• 4.3 软件设计48-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第五章 仿真与实验分析50-57
• 5.1 仿真分析50-51
• 5.2 样机实验波形分析51-55
• 5.2.1 前级PFC波形51-53
• 5.2.2 后级LLC波形53-55
• 5.3 样机效率测试55-56
• 5.4 本章小结56-57
• 第六章 总结与展望57-59
• 6.1 工作总结57
• 6.2 后续展望57-59
• 参考文献59-64
• 致谢64-66
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研项目66-68

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本文编号：802605