车载智能快速充电机的设计与研究

论文摘要

电动汽车以其低排放、高效率、多能源的特点成为解决当前环境污染和石油资源紧张问题的重要途径之一。目前国内外电动汽车技术发展迅猛,但作为电动汽车动力源泉的电池是其发展的瓶颈。设计符合动力电池充电需求的车载充电机,能有效延长电动汽车的续驶里程,为电动汽车的实用化和普及化提供有效支持。本文的目的是设计一款小型化、轻量化、智能化的车载充电机,实现为动力电池进行快速充电的功能。本文介绍了车载充电机的设计过程,包括主回路拓扑设计、功率元器件设计及选型、软件系统及通讯协议设计等工作。充电电源设计采用以半桥电路作为拓扑结构的高频开关电源技术,以实现小型化和轻量化要求。为实现快速充电要求,除采用各种常规充电方法外,还设计实现了正负脉冲充电法对电池进行快速充电。为此,本文采用在输出滤波环节加入双向半桥DC-DC变换器的电路结构,以实现对电池进行放电及能量回收,提高了充电机的效率。文中介绍了各充电方法的软件设计及程序流程图,每种充电方法均设计了可配置的充电参数,以实现对各充电方法的控制。通过采用自行制定的串行通讯协议与上位机进行通讯,实现了通过上位机设定充电参数、对充电机进行控制及实时显示充电状态和故障信息等功能。最后的实验结果表明,本次设计的充电机主回路拓扑结构可行,并完全能实现预期的要求。同时,所设计的充电方法及其软件程序、参数设置功能、通讯协议等均工作正常,完全达到了设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的提出
• 1.1.1 电动汽车概况
• 1.1.2 充电机的概况
• 1.2 电池特性分析及充电方法介绍
• 1.2.1 常用车载动力电池介绍
• 1.2.2 充电方法介绍
• 1.2.3 充电控制策略
• 1.3 论文研究内容及结构
• 1.3.1 论文研究内容
• 1.3.2 论文结构
• 第二章 充电机主回路设计
• 2.1 充电机设计指标及需求分析
• 2.2 充电电源变换器拓扑结构分析
• 2.2.1 常用DC-DC 变换器拓扑结构
• 2.2.2 变换器结构分析与选择
• 2.3 放电回路拓扑结构分析与设计
• 2.3.1 传统放电回路
• 2.3.2 双向DC-DC 变换器
• 2.3.3 本次设计采用的双向DC-DC 电路
• 2.4 本章小结
• 第三章 主回路元器件选取及变压器设计
• 3.1 主回路整体设计
• 3.2 输入回路设计
• 3.3 输出回路设计
• 3.4 驱动回路设计
• 3.4.1 功率开关管的选择
• 3.4.2 驱动芯片选择及其电路设计
• 3.5 高频变压器设计
• 3.5.1 磁芯材料选择
• 3.5.2 磁芯结构选择
• 3.5.3 变压器设计方法介绍
• 3.5.4 变压器设计及制作
• 3.6 本章小结
• 第四章 充电机控制板软硬件设计
• 4.1 硬件电路设计
• 4.2 充电机软件系统设计
• 4.3 充电程序设计
• 4.3.1 PWM 中断子程序
• 4.3.2 充电策略子程序设计
• 4.3.3 半桥PWM 信号的产生
• 4.4 通讯设计
• 4.4.1 充电机串行接收子程序及参数设置子程序
• 4.4.2 串行发送程序
• 4.4.3 通讯协议的制定
• 4.5 本章小结
• 第五章 实验结果分析
• 5.1 实验装置
• 5.2 驱动波形
• 5.3 变压器原副边波形
• 5.4 充电机充电波形
• 5.5 实验过程中遇到的问题总结
• 5.5.1 软启动分析
• 5.5.2 充电完成误判分析
• 结束语
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 附录
• 致谢