纯电动汽车车载数字式充电机的研究

【摘要】：电动汽车的出现能有效解决环境污染、能源危机和汽车工业快速发展的矛盾。由于电动汽车的动力电池储能受电池技术发展的限制，续航里程有限，电量不足时就要及时给动力电池充电。但是充电桩位置比较固定，使用便利性大打折扣，因此非常有必要研制一种低成本，携带灵活的车载充电机，及时为电动汽车进行充电，为电动汽车推广奠定基础。 电动汽车运行环境恶劣，车载充电机必须具有尘密结构；散热方式自然冷却，需要具有高效率；为提高充电机输入侧功率因数以及减少充电时对电网的污染，需要有功率因数校正电路；为了提高电动汽车的动力性和可靠性，需要充电机具有重量轻、体积小、可靠性高、抗机械冲击及震动等特点。 本文根据电动汽车车载充电机的技术指标和防护等级要求，分析了常用拓扑结构及其控制方式，确定前级有源功率因数校正电路和后级DC/DC变换电路两级结构。通过对比有源功率因数校正电路的不同电路拓扑结构和控制方式的优缺点，前级选定了Boost拓扑电路和基于平均电流控制方式的控制回路，并计算了主器件的参数。为了使充电电源在大范围负载条件下获得高效率，对各种DC/DC电路拓扑进行分析，后级选择了移相控制全桥DC/DC变换器结构，并且采用TI的数字电源控制器UCD3138作为主控芯片，提高效率和减少模拟电路，有利于体积和成本的控制，对变换器主器件进行了计算选型。辅助电源方面采用Power Intergrations的集成芯片，TOP266EG，电路结构简单，体积小、效率高，实现多路电压输出。 本文根据前后两级电路主电路和控制电路的具体参数，利用仿真工具Saber和Pspice对充电机的两级解决方案进行了仿真分析和参数优化，设计了一台2.5kw的电动汽车车载充电机实验样机。对实验样机进行了测试，输出电压值和纹波系数达到设计要求，本文设计的车载充电机方案是可行的，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 APFC移相全桥 UCD3138 TOP266VG 实验样机
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM46;U469.72
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 电动汽车的发展状况10-12
• 1.2.1 国内外电动汽车发展状况10-11
• 1.2.2 电动汽车的分类11-12
• 1.3 电动汽车充电机的发展状况12-15
• 1.3.1 充电机的分类12-13
• 1.3.2 充电方式13-15
• 1.3.3 充电机充电控制方法15
• 1.4 全桥移相软开关电源发展及研究现状15-16
• 1.5 本文主要研究内容16-18
• 第二章 电动汽车车载充电机结构方案的选择18-38
• 2.1 车载充电机的技术指标18-19
• 2.2 功率因数校正电路19-24
• 2.2.1 功率因数校正电路拓扑结构21
• 2.2.2 无源 PFC 电路21-22
• 2.2.3 有源 PFC 电路的原理22-24
• 2.3 车载充电机 DC/DC 拓扑结构24-35
• 2.3.1 全桥电路的控制方式27-28
• 2.3.2 全桥变换器的 PWM 控制方式28-35
• 2.4 辅助电源设计35-37
• 2.5 小结37-38
• 第三章 有源功率因数校正电路设计38-58
• 3.1 APFC 主电路方案38
• 3.2 APFC 控制电路方案38-41
• 3.2.1 峰值电流控制法（PCMC）40
• 3.2.2 滞环电流控制法（ HCC）40-41
• 3.2.3 平均电流控制法（ACMC）41
• 3.3 APFC 电路元器件及参数的计算选择41-48
• 3.3.1 EMI 滤波电流的设计42
• 3.3.2 整流桥选择42
• 3.3.3 功率元件和二极管选择42-43
• 3.3.4 输入电感43-47
• 3.3.5 输出电容47-48
• 3.4 APFC 控制回路的设计48-53
• 3.4.1 电流传感检测电阻 Rs49
• 3.4.2 峰值电流限制49-50
• 3.4.3 乘法器设置50-52
• 3.4.4 震荡电容52
• 3.4.5 电流误差放大器补偿网络设计52
• 3.4.6 电压误差放大器的补偿52-53
• 3.5 APFC 电路仿真分析53-57
• 3.5.1 仿真模型的建立54
• 3.5.2 仿真结果分析54-57
• 3.6 本章小结57-58
• 第四章 全桥移相控制电路的设计58-80
• 4.1 ZVSCS 全桥变换器结构58-64
• 4.2 数字电源控制器 UCD313864-66
• 4.2.1 UCD3138 的逐周期保护功能64-65
• 4.2.2 UCD3138 的前馈功能65
• 4.2.3 UCD3138 的 ADC 功能65
• 4.2.4 UCD3138 的 DPWM 模块65
• 4.2.5 PMBus65-66
• 4.3 全桥变换器主电路的参数设计66-71
• 4.3.1 开关管的选择66-67
• 4.3.2 变压器的设计67-69
• 4.3.3 超前臂开关管并联电容的选取69-70
• 4.3.4 原边阻断电容的选取70
• 4.3.5 副边二极管的选择70
• 4.3.6 输出电感的选取70-71
• 4.3.7 输出滤波电容的选择71
• 4.4 全桥变化器控制回路设计71-73
• 4.4.1 充电控制策略71-72
• 4.4.2 反馈调节电路72-73
• 4.5 全桥变换器驱动电路73-76
• 4.6 DC/DC 变换器电路的仿真76-79
• 4.6.1 仿真模型的建立76
• 4.6.2 仿真结果分析76-79
• 4.7 本章小结79-80
• 第五章 辅助电源的设计80-90
• 5.1 辅助电源结构方案80-81
• 5.2 辅助电源参数设计81-89
• 5.2.1 输入滤波电容的选择81
• 5.2.2 变压器计算81-84
• 5.2.3 线电压检测和限流电路84-86
• 5.2.4 辅助电源的调试86-89
• 5.3 本章小结89-90
• 第六章 电动汽车充电机样机实验分析90-97
• 6.1 实验平台的搭建90
• 6.2 前级 APFC 电路的调试90-92
• 6.3 后级 DC/DC 变换器调试92-95
• 6.4 实验总结95-96
• 6.5 小结96-97
• 总结与展望97-98
• 总结97
• 本论文的不足和未来工作展望97-98
• 参考文献98-101
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果101-102
• 致谢102

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

VRLA蓄电池变电流间歇快速充电方法    陈体衔,甄春花

铁硅铝磁芯升压电感的设计    王居德;赵恒飞;刘颖力;张怀武;

MH/Ni电池充电终止控制方法研究    贾高峰,韩赞东,王克争

基于AP法选择高频变压器磁心的公式推导及验证    沙占友;马洪涛;

车载充电机输入EMI滤波器设计    梅建伟;蒋伟荣;程登良;张凯;

基于UCC3895的新型通信AC-DC变换器的设计    吴江;

谐振技术的应用研究    张吉亮;

一种新型平均电流型APFC电路的设计    胡方;门秀萍;

基于TMS320LF2407A的电力逆变器研制    袁一鸣;江明;

与建筑相结合的光伏并网发电示范电站    张艳红;张兴;林闽;吕绍勤;张崇巍;

光伏控制器新型充电管理模式研究    普平贵;

非连续电流模式移相并联降压变换器的特性    蔡昌友;张娜;

车载方波电源的设计    王玉峰;王仲初;徐畅;薛喜亮;

太阳电池的负载匹配理论与负载变换技术    王康模;陈长缨;于志刚;刘兴华;刘小冲;赵俊;

基于电流单参量控制的MPPT系统的设计    洪岳;陈长缨;王康模;邓韡;傅倩;

基于主动均衡技术的电动汽车电池管理系统    傅尧;潘博;郑百祥;

开关电源电磁兼容设计与可靠性    余海涛;

关于“电动自行车和电池"的几点思考    王金良;孟良荣;

基于UC3825的半桥式开关电源的设计    郑利枝;席自强;丁稳房;齐磊;

基于UC3875的移相全控逆变桥的开关电源设计    齐磊;席自强;郑利枝;

通信开关电源原理简析及应用    张利光;

单端反激式高压隔离开关电源的研究和其在雷达发射机中的应用    陈宇;董戈;杨华光;

高压开关电源变压器设计及其噪声干扰的抑制    陈勇;

一种新颖的双模控制限流电路    杜月英;李强斌;

多次级高压变压器的简化等效模型    冉汉政;钱祖东;

介质阻挡放电降解甲基紫废水及尾气中NO_x的光谱分析及机理研究    王兴权

考虑分布式发电的配电网综合负荷建模方法研究    钱军

基于磁粉离合器的汽车起步控制策略研究    吴晓刚

开关电源的协同控制理论及脉宽调制应用技术研究    王前

质子交换膜燃料电池的综合智能协调控制研究    詹跃东

LCC-SPRC高压高频大功率电除尘电源的理论分析与功率参数设计    刘军

无变压器结构光伏并网逆变器拓扑及控制研究    马琳

电力塔无线传感器网络监测系统关键技术研究    陈少华

260kVA无源软开关辅助变流器研究    王小方

磁悬浮直线运动系统的设计与控制研究    周海波

基于SOC估计算法的电动汽车充电器设计    余熠

软开关电阻点焊逆变电源的研究    唱志强

开关型YAG脉冲激光电源系统的研究    赵航

半导体激光器智能化电源设计    赵鹏

串联谐振感应加热电源研究    范学磊

移相全桥软开关变换器的研究和设计    张本庚

大功率软开关氙灯电源的研究    韩春霞

连续弧等离子点火电源技术研究    陈明敏

基于软开关和均流技术的电镀电源    宁伟

绝缘子直流绝缘电阻测量系统的研究与设计    王辉

铁硅铝磁粉芯的磁特性研究    金丹;孙可为;

变电流间歇快速充电法    李庆龙,陈体衔

正极添加剂对MH/Ni电池高温充电行为的影响    夏保佳,林则青,马丽萍,徐乃欣

大功率单相功率因数校正主电路方案    华伟,金新民

单片开关电源高频变压器的设计要点    沙占友;葛家怡;武瑞红;

高性能软开关功率因数校正电路的设计    陈一逢;

谐波抑制及功率因数校正技术    张红莲;

24—48V电动机车智能充电机的原理与制作    湘桥;

自制实用的可控硅充电机    张志河,崇礼县东坪金矿

充电机的现状及其发展    张建国

充电机短路保护电路    李海波;

矿用智能充电机及其试验效果    王落胜

可通信智能型直流充电机的研制    李振国,高伟娜,国建鸿,李志刚

可通信智能型充电机的研制    高伟娜,李振国,傅德平,宋伟宏

实用汽车电瓶充电机    陈士芳;

自制小型充电机的结构原理    艾纯志;范立国;

直流储能充电机的改造    周长勇;毕恩清;张大庆;

电动汽车非车载充电机技术分析与试验研究    丁心志;毕志周;曹敏;王恩;翟少磊;

恒流恒压全自动控制充电机——电动汽车充电直流电源    韩湘荣;

大功率智能快速充电机    李向锋;戴永军;李洪;

直流系统充电机纹波系数超标原因分析    朱殿军;

矿用隔爆型可控硅充电机的故障及检修方法    叶聿漳;

基于模糊控制的IUIa特性智能充电机    高飞燕;李兰君;阳武娇;

自助手机充电机成了吞币机    毛晓刚

从恒流到恒压自动转换的高性能充电机    合肥工大能源所 战福忠

艾默生(EMERSON)HD22010A-3型充电机电路分析与维修    江西 陶波

KCJ-2型铅酸蓄电池充电机的电路原理及使用    昆明 陈军

本市最大电动公交车充换电站正式投运    本报记者 窦红梅

TLVI-50A型自动脉冲快速充电机原理与维修    甘肃 王明忠

凯驰牌KTM-60型电动车全智能充电机故障检修    黑龙江 粱显达

“十二五”末全市拟建25个    记者 刘璐 通讯员 陈晖

KGCF电瓶车充电机的修复    四川 余云龙

62.4V/10A充电机原理剖析    湖北 李应杰

纯电动公交充电系统关键技术研究    牛利勇

大功率充电机充电性能优化策略研究    陈华金

车载智能快速充电机的设计与研究    陈一平

100%低地板车充电机的研制    余恒

电动汽车充电机及其电气性能测试研究    顾越

钒流电池充电机的一种控制策略和实现    程杰

3.5kW电动汽车车载充电机的研究与实现    李星

高频充电机的嵌入式软件设计与实现    孙文明

电动汽车充电机（站）的谐波特性研究    郭静

军用光电仪器通用智能充电机研究    胡仁法

大功率全数字化开关充电机的研究与实现    王建全