3.5kW的电动汽车车载充电机的研究与电路设计

发布时间：2017-09-10 00:26

  本文关键词：3.5kW的电动汽车车载充电机的研究与电路设计

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【摘要】：随着经济的发展、人民生活水平的提高,机动车辆的日益增长的需求与环境问题矛盾越来越突出,电动汽车的快速发展既能解决人民对交通便利的追求又不会对环境造成污染,从而得到国家的大力支持。动力电池为电动汽车提供动力来源,电池技术是电动汽车发展的关键技术。车载充电机是给电池充电的设备,因此研究一款良好性能的车载充电机具有重要的现实意义。车载充电机是电动汽车的动力单元的重要组成部分,同时又是接入电网端的设备,总体上要求其具有体积小、效率高、功率因数高、谐波电流小及EMI干扰少的特点。目前电动汽车动力电池多种多样,每类电池的充电参数特性也不一致,但电池系统充放电受控于对应的电池管理单元(BMS)。因此车载充电机需要与BMS建立通讯,依照BMS给定指令给动力电池进行充电。本文依据相关国家电动汽车行业标准,在了解车载充电机的技术指标和防护等级要求前提下,确定研发与设计一款输入功率为3.5kW的车载充电机。对比不同拓扑结构的特点,设计车载充电机为两级变换器并联的框架结构：前级为交错并联Boost PFC结构,控制电路选用TI的UCC28070A芯片；后级为全桥LLC谐振变换器结构,采用数字控制方式,选用Infineon公司的汽车级Tricore单片机TC1724为主控芯片,实现车载充电机与BMS之间CAN通信。针对采用两级APFC结构的车载充电机,本文提出了每部分的技术设计指标。首先详细分析了交错并联Boost PFC电路的工作原理与工作特性,设计基于UCC28070A芯片控制的电路参数,并利用仿真工具PSPISE验证参数的正确性。其次深入分析了LLC谐振变换器的工作原理,给出了变换器的频域分析与时域分析,并且基于性能分析改进了一种LLC谐振参数的优化设计方法,即基于电流矢量模型法来设计LLC谐振变换器参数。仿真软件SIMPLIS用于测试所设计的谐振变换器的主要参数。最后搭建了一台3.5kW的车载充电机实验样机。实验样机测试结果显示样机功率因数、效率指标等能满足设计要求,证明了本方案具有可行性,为后面充电机产品设计优化提供了理论和实验依据。
【关键词】：车载充电机 交错并联 BoostPFC LLC 电流矢量
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 课题的研究背景及意义11-12
• 1.2 电动汽车的相关技术12-16
• 1.2.1 充电设备分类12-13
• 1.2.2 充电技术分类13
• 1.2.3 常用动力电池分类13-14
• 1.2.4 车载充电机14-16
• 1.3 本论文的研究内容16-18
• 第2章 车载充电机的整体电路方案18-27
• 2.1 车载充电机的基本技术指标18
• 2.2 车载充电机的整体结构18-19
• 2.3 拓扑方案19-25
• 2.3.1 前级功率因数校正电路21-23
• 2.3.2 后级DC/DC直流变换电路23-25
• 2.3.3 整机系统拓扑结构25
• 2.4 本章小结25-27
• 第3章 交错并联BOOSTPFC变换器设计27-47
• 3.1 单位功率因数APFC电路输出电压谐波分析27-29
• 3.2 CCM交错并联BOOSTPFC特性分析29-35
• 3.2.1 工作状态分析29-31
• 3.2.2 输入电流纹波分析31-33
• 3.2.3 小信号模型分析33-35
• 3.3 电路详细设计35-46
• 3.3.1 主电路参数设计36-38
• 3.3.2 驱动电路设计38-39
• 3.3.3 控制电路设计39-44
• 3.3.4 仿真分析44-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第4章 全桥LLC谐振变换器设计47-76
• 4.1 全桥LLC谐振变换器的工作原理47-51
• 4.1.1 f_m47-50
• 4.1.2 f_(sw)>f_r与f_(sw)=f_r时变换器工作分析50-51
• 4.2 全桥LLC谐振变换器特性分析51-63
• 4.2.1 频域分析51-59
• 4.2.2 时域分析59-63
• 4.3 电路详细设计63-74
• 4.3.1 变换器参数设计63-68
• 4.3.2 电路设计68-73
• 4.3.3 仿真分析73-74
• 4.4 本章小结74-76
• 第5章 损耗分析与实验结果分析76-87
• 5.1 交错并联PFC损耗分析76-78
• 5.2 全桥LLC谐振变换器损耗分析78-81
• 5.3 实验结果分析81-86
• 5.3.1 交错并联PFC实验结果81-84
• 5.3.2 全桥LLC谐振变换器实验结果84-86
• 5.4 本章小结86-87
• 总结与展望87-89
• 总结87
• 展望87-89
• 致谢89-90
• 参考文献90-93
• 攻读硕士学位期间发表论文的论文及科研成果93

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