储能式电动汽车充电桩的充放电控制系统研究

发布时间：2017-10-16 00:33

  本文关键词：储能式电动汽车充电桩的充放电控制系统研究

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【摘要】：随着环境和能源问题的日益严峻,电动汽车和新能源发电应运而生。电动汽车以节能、环保、高效的优势成为现代汽车工业发展的主要方向之一,但其随机充电行为对电网造成影响。新能源发电也逐渐成为减少环境污染、满足负荷增长、提高能源综合效率及供电可靠性的有效途径,但其具有很强的间歇性。而储能技术具有削峰填谷、平滑负荷、改善电网特性的功能,可弥补电动汽车充电和新能源发电中的不足。因此,将储能技术与充电装置相结合,构建储能式电动汽车充电桩对电动车的推广应用具有重要意义。本文在蓄电池充放电效率测试系统的基础上,针对储能式充电桩的充放电控制系统进行了研究,设计了一套基于DSP的模拟实验系统,实现交流电网、储能电池、电动车电池间的功率转换和状态监测。论文的主要工作可总结如下：(1)储能式充电桩的可行性分析研究了传统充电桩的工作原理、蓄电池的充放电控制方式和容量检测等理论,分析并总结了其存在的主要问题。并对本文的储能式充电桩的储能容量配置和运行模式进行了分析,归纳出其优缺点。在此基础上,结合传统充电桩的技术现状,给出模拟实验系统的设计指标和总体设计方案。(2)功率转换系统的分析分析总结供电方式和DC/DC变换器的各种拓扑结构的优缺点,选择直流母线供电方式、单相不可控整流、Buck变换器、双向半桥型DC/DC变换器作为系统的变流结构,并利用状态空间平均法建立了Buck和Boost变换器的动态模型；最后通过Matlab仿真验证了Buck和Boost变换器的闭环工作原理,为系统的调试提供了理论依据。(3)硬件设计根据系统的设计指标和总体设计方案,完成了功率转换系统和控制系统的硬件电路设计。选用DSP TMS320F28335微处理器作为主控单元,设计了最小系统、功率转换系统、驱动电路、采集电路、内阻检测电路、通讯电路和辅助电源电路。(4)软件设计与实验测试在CCS5.2软件开发环境下,完成了系统的C语言程序设计,主要包括主程序、中断服务、充放电、通讯和PI控制器等子程序。在完成软、硬件设计和实现的基础上,对模拟实验系统进行了测试,分析了内阻测量模块的准确性和系统的关键波形；并结合上位机存储的数据,对电池的充放电特性和效率进行了分析。实验结果表明,本系统达到了最初的设计目标,能够实现对电池的充放电和状态监测功能。
【关键词】：储能式充电桩 功率转换系统 电池 状态空间平均法 充放电控制
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM910.6;TP273
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 研究目的与意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-17
• 1.2.1 储能技术12-14
• 1.2.2 电动汽车及其基础设施14-17
• 1.2.3 储能式电动汽车充电站17
• 1.3 本文的主要研究工作17-19
• 2 储能式电动汽车充电桩的可行性分析19-31
• 2.1 充电桩技术现状19-24
• 2.1.1 传统充电桩的定义与分类19
• 2.1.2 蓄电池的充电控制方式19-22
• 2.1.3 蓄电池的放电控制方式22
• 2.1.4 蓄电池的容量检测22-24
• 2.1.5 传统充电桩存在的问题24
• 2.2 储能式充电桩24-27
• 2.2.1 储能式充电桩的储能容量配置24-25
• 2.2.2 储能式充电桩的运行模式分析25-27
• 2.2.3 储能式充电桩的优缺点27
• 2.3 系统总体方案设计27-29
• 2.4 本章小结29-31
• 3 功率转换系统的分析31-45
• 3.1 功率转换系统的拓扑分析31-36
• 3.1.1 供电方式31-32
• 3.1.2 Buck变换器的拓扑分析32-34
• 3.1.3 双向DC/DC变换器的拓扑分析34-36
• 3.2 功率转换系统的建模36-41
• 3.2.1 状态空间平均法36-38
• 3.2.2 Buck变换器的小信号模型38-39
• 3.2.3 Boost变换器的小信号模型39-41
• 3.3 功率转换系统的仿真41-44
• 3.3.1 Buck变换器的仿真41-43
• 3.3.2 Boost变换器的仿真43-44
• 3.4 本章小结44-45
• 4 储能式充电桩系统的硬件设计45-61
• 4.1 最小系统设计45-46
• 4.2 功率转换系统设计46-51
• 4.2.1 AC/DC变换器的设计46-48
• 4.2.2 Buck变换器的设计48-51
• 4.2.3 双向半桥型变换器的设计51
• 4.3 驱动电路的设计51-54
• 4.3.1 MOSFET驱动电路51-53
• 4.3.2 继电器驱动电路53-54
• 4.4 采集电路的设计54-56
• 4.4.1 电压采样和调理电路54-55
• 4.4.2 电流采样和调理电路55-56
• 4.5 内阻测量电路56-58
• 4.5.1 测量原理56-57
• 4.5.2 电路设计57-58
• 4.6 通讯电路58-59
• 4.7 辅助电源电路59-60
• 4.8 本章小结60-61
• 5 储能式充电桩系统的软件设计与测试61-73
• 5.1 系统软件设计61-66
• 5.1.1 软件开发环境简介61
• 5.1.2 主程序61-62
• 5.1.3 中断服务子程序62-63
• 5.1.4 充放电子程序63-64
• 5.1.5 通讯子程序64-65
• 5.1.6 PI控制子程序65-66
• 5.2 系统测试与分析66-72
• 5.2.1 内阻测量实验分析67-68
• 5.2.2 测试波形的分析68-71
• 5.2.3 测试数据的分析71-72
• 5.3 本章小结72-73
• 6 总结与展望73-75
• 6.1 全文工作总结73
• 6.2 未来工作展望73-75
• 致谢75-77
• 参考文献77-81
• 附录A：充电测试数据81-84
• 附录B：放电测试数据84-87
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文87
• 攻读硕士学位期间科研成果87-89

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