基于串并混联结构的电动汽车充电电源研究

论文摘要

电动汽车具有能效高、噪声低、无（低）污染物排放、运行及维修成本低等特点，它的广泛普及将是缓解能源紧缺和大气污染的有效方式之一。充电电源是电动汽车不可或缺的子系统，要在较大范围推广和普及电动汽车，就必须研制配套的充电电源系统。多模块串并混联运行对扩充充电电源系统的容量，提高系统可靠性，进行系统的冗余配置和模块化设计，降低系统维护成本和减小系统体积具有重要意义。但是，串并混联结构的充电电源系统需要采取均流、均压措施，以保证功率在各个模块之间均衡分配，避免一个或多个模块出现过流或过压的情况。论文采用了一种改进的移相全桥ZVS DC/DC电路拓扑以及并联均流、串联均压技术，研制了一种输出电压为160V，电流为80A的电动汽车用锂离子电池充电电源。首先，论文对变压器原边加箝位二极管的移相全桥ZVS DC/DC电路拓扑的工作原理进行了分析，阐述了超前和滞后桥臂实现零电压开关的条件、副边占空比丢失的原因和隔直电容的作用及其合理的串联位置。并对主电路进行了仿真分析，从仿真波形可以看出箝位二极管能够有效抑制整流二极管两端的电压尖峰。其次，论文完成了主电路参数设计和功率器件的选取以及移相全桥脉冲发生电路、MOSFET的驱动电路和保护电路的设计；介绍了下垂法和有源均流法基本工作原理，对有源均流法各种均流方案进行了仿真分析。在此基础上，对各种均流方案的优缺点进行比较，选择外环控制方式加平均电流法作为充电电源系统的均流、均压方案。再次，论文推导出了移相全桥ZVS DC/DC变换器的小信号模型，进行了均流和均压控制器、检测电路、A/D采样模块、D/A转换模块、控制系统软件及CAN总线通讯的设计。而且，通过仿真验证了主电路参数设计、主电路小信号建模方法、功率均分方案选择及控制器设计的正确性与合理性。最后，论文给出了两模块并联、两模块串联及四模块串并混联的实验数据，实验结果验证了本文理论分析的正确性以及设计的合理性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1. 研究的背景和意义
• 1.2. 串并混联功率均分技术
• 1.3. 锂离子电池充电控制策略
• 1.4. 本文主要研究内容
• 2. 主电路拓扑结构研究
• 2.1. 改进的移相全桥 ZVS DC/DC 变换器工作原理分析
• 2.2. ZVS 实现的条件
• 2.3. 隔直电容的作用
• 2.4. 仿真分析
• 2.5. 本章小结
• 3. 充电电源模块的设计与实现
• 3.1. 充电电源模块的主要技术指标
• 3.2. 主电路设计
• 3.3. 主电路参数设计及器件的选择
• 3.4. 控制电路的设计
• 3.5. 本章小结
• 4. 并联均流方案分析
• 4.1. 并联均流技术
• 4.2. 并联均流方案的比较
• 4.3. 本章小结
• 5. 均流和均压控制器的设计及仿真分析
• 5.1. 主电路小信号建模
• 5.2. 检测电路及采样、转换电路的设计
• 5.3. 均流控制器的设计
• 5.4. 均压控制器的设计
• 5.5. 模拟控制器的数字化
• 5.6. 系统软件设计
• 5.7. CAN 总线通讯设计
• 5.8. 仿真分析
• 5.9. 本章小结
• 6. 实验结果分析
• 6.1. 实验波形分析
• 6.2. 均流和均压效果测试
• 6.3. 本章小结
• 7. 全文总结及展望
• 7.1. 全文总结
• 7.2. 展望
• 致谢
• 参考文献