电动汽车新型车载蓄电池快速充电装置的研究

论文摘要

随着工业化的发展,汽车尾气已经成为了城市污染的主要来源。在人们的环保和节能意识越来越强烈的今天,以蓄电池为动力源的电动汽车应运而生。如何解决电动汽车的快速充电,决定了电动汽车将来能否替代内燃机汽车的关键之一。本文针对快速充电的问题,对高功率因数、高效、节能的车载蓄电池快速充电系统进行了研究,其目的在于解决电动汽车电能底的情况下进行的电能的快速补充问题。系统主要包括充电站的电压型PWM整流器和车载充电装置可逆DC/DC变换器两个部分。本文将电动汽车的充电装置分为两个部分,一个是充电站的设计(主要是三相电压型PWM整流器的设计),一个是车载充电装置(主要是DC/DC变换器的设计)。快速充电的对象是蓄电池,因此在第二章对本文选用的铅酸蓄电池进行了工作原理分析,数学模型建立等工作,通过各种充电方法的比较得出最终的快速充电方案—去极化脉冲快速充电方式。为了实现去极化脉冲快速充电方法,在充电站搭配可逆的PWM整流器,其能够实现单位功率因数、能量双向流动以及稳压输出。本文对其进行了工作原理分析、数学建模分析以及适用于去极化脉冲快速充电方式的控制方法的分析,并在第三章给出了基于矢量控制的双闭环PWM整流器的仿真。去极化脉冲快速充电方式要求能量的双向流动,因此可通过用搭载在汽车上的可逆DC/DC变换器来实现。在对蓄电池进行充电时,DC/DC变换器工作在降压斩波模式；当对蓄电池去极化反向放电时,DC/DC变换器工作在升压斩波模式,搭配充电站配置的PWM整流器,使能量能够回馈电网,不会造成浪费。本文对该充放电过程和控制电路做了详细的分析,针对实际的电动汽车参数对该电路进行了参数计算,并在第四章给出了DC/DC变换器的仿真。本文在第五章给出了车载快速充电装置的硬件设计图和软件流程图。第六章在第三章分析的基础上进行了PWM整流器的实验的研究,并给出了实验波形。实验的结果表明：系统实现了单位功率因数,输出电压稳定。图[81]表[1]参[45]

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 燃油汽车尾气污染和能源危机
• 1.1.2 电动汽车在全球的广范围的应用
• 1.2 发展电动汽车的几大关键性的技术
• 1.2.1 作为电动汽车动力源的蓄电池技术
• 1.2.2 对蓄电池的监视和管理的技术
• 1.2.3 快速充电技术及充电机
• 1.3 国内和国外的外快速充电技术的发展状况
• 1.4 课题意义
• 1.5 本文的主要内容
• 1.6 创新点
• 2 铅酸蓄电池快速充电理论分析
• 2.1 铅酸蓄电池的工作原理和充放电特性分析
• 2.1.1 铅酸蓄电池的工作原理
• 2.1.2 铅酸蓄电池充放电特性
• 2.1.3 影响铅酸蓄电池快速充电的几大因素
• 2.2 各种铅酸蓄电池的充电方式的比较
• 2.3 铅酸蓄电池的动态电路模型的建立
• 2.4 铅酸蓄电池快速充电的理论依据
• 2.5 铅酸蓄电池快速充电的原则和对充电机的要求
• 2.5.1 充电电流遵循的原则
• 2.5.2 去极化需遵循的原则
• 2.5.3 铅酸蓄电池脉冲快速充电技术对充电机的要求
• 2.6 本章小结
• 3 PWM整流器的理论与设计
• 3.1 PWM整流器的基本原理
• 3.2 PWM整流器的电路拓扑结构选择
• 3.2.1 三相电压型PWM整流器的拓扑结构
• 3.2.2 可逆快速充电站中PWM整流器的拓扑结构
• 3.3 三相电压型PWM整流器的工作原理
• 3.3.1 三相电压型PWM整流器拓扑结构中各元件在系统中的作用
• 3.3.2 三相电压型PWM整流器工作环流方式分析
• 3.4 三相电压型PWM整流器的数学模型
• 3.4.1 基于（a、b、c）静止坐标系的三相电压型PWM整流器的数学模型
• 3.4.2 基于旋转坐标系（dq）的三相电压型PWM整流器的数学模型
• 3.5 三相电压型PWM整流器的控制策略
• 3.5.1 三相电压型PWM整流器瞬态电流控制策略
• 3.5.2 基于前馈解耦的矢量控制策略
• 3.6 三相电压型PWM整流器的控制系统设计
• 3.6.1 电流内环的设计
• 3.6.2 电压外环的设计
• 3.7 主电路的参数选择
• 3.7.1 整流变压器的设计
• 3.7.2 开关器件的选择
• 3.7.3 交流侧电感的选择
• 3.7.4 直流侧电容的选择
• 3.8 三相电压型PWM整流器矢量控制系统仿真
• 3.8.1 三相电压型PWM整流器的整流仿真
• 3.8.2 三相电压型PWM整流器的逆变仿真
• 3.9 本章小结
• 4 车载快速充电装置的研究
• 4.1 车载快速充电装置实现的功能
• 4.2 车载快速充电装置的理论与设计
• 4.2.1 降压斩波电路
• 4.2.2 升压斩波电路
• 4.2.3 DC/DC变换器的控制系统设计
• 4.3 DC/DC变换器的仿真
• 4.4 车载快速充电装置的整体仿真
• 4.5 本章小结
• 5 系统硬软件设计
• 5.1 系统的总体结构
• 5.2 系统硬件设计
• 5.2.1 DSP及接口配置
• 5.2.2 输出脉冲通道的设计
• 5.2.3 交流电流检测电路
• 5.2.4 直流电压检测电路
• 5.2.5 同步信号检测电路
• 5.3 系统软件设计
• 5.3.1 软件开发环境
• 5.3.2 程序模块的组成
• 5.4 小结
• 6 整流器实验
• 6.1 系统的硬件设计
• 6.1.1 系统总体结构图
• 6.1.2 系统开关器件的选型
• 6.1.3 各种传感器的选型
• 6.1.4 主控芯片的选择
• 6.1.5 脉冲通道及检测电路的设计
• 6.2 实验研究
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间的主要研究成果