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混合动力客车大功率双向DC-DC变换器研究

作　者: 李圆晨
导　师: 王明彦
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电气工程
关键词: 混合动力车 双向DC-DC变换器 PID闭环控制 J1939通信 同步互补Buck/Boost
分类号: U469.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


由于石油资源走向枯竭而造成的能源危机以及汽油、柴油发动机汽车所排放的废气对大气环境造成的污染日益严重,混合动力客车做为一种新型绿色能源交通工具,在近年来受到了广泛的关注。与普通汽车相比,混合动力客车具有双能量源核心,其中蓄电池能源在电动和制动两种情况下应具有相应的为电机供电以及回收能量工作模式,而蓄电池能源系统两种工作模式的实时切换,正是混合动力客车实现节能减排的技术关键。本文首先分析了混合动力客车独特的应用领域和环境要求,并据此分析比较了多种常见的双向DC-DC变换器性能,进而确定了以双向半桥式Buck/Boost变换拓扑作为本课题的研究对象,并根据混合动力客车的一些相关工作参数设计了双向DC-DC变换器功率器件的参数。为了实现能源的双向流动,并保证电机母线工作电压的稳定,本文采用了同步互补Buck/Boost控制方法,并在TL494的基础上,通过分析计算确定了双向DC-DC变换系统的控制电路,而同时采用2ED300C17-S智能驱动模块作为IGBT开关管的驱动电路。利用单片机芯片实现了双向DC-DC变换系统与上位机之间的基于J1939协议的通信,实现了对双向DC-DC变换系统各项数据的实时监测,并在通信程序中设计故障保护模块。在理论分析的基础上,采用软件仿真的方法首先验证了双向DC-DC变换系统对母线电压的稳定控制能力,并在仿真的基础上,建立了大功率的实验平台并进行了测试,该系统可以满足大功率环境的工作要求,且控制时间短,能量转换效率较高。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-18
  1.1 课题背景及研究的目的与意义  9-10
  1.2 双向DC-DC 变换器的应用前景  10-12
  1.3 双向 DC-DC 变换技术的研究现状及分析  12-16
    1.3.1 混合动力车的双向 DC-DC 变换拓扑的研究现状  12-15
    1.3.2 双向DC-DC 变换器控制方法的现状研究  15-16
    1.3.3 能量存储技术的研究现状  16
  1.4 论文主要研究内容  16-18
第2章 大功率双向DC-DC 变换器结构研究  18-27
  2.1 引言  18
  2.2 混合动力车对变换器的要求  18-19
  2.3 双向DC-DC 变换器拓扑结构的研究与分析  19-22
    2.3.1 隔离与非隔离双向DC-DC 变换器拓扑的比较  19
    2.3.2 非隔离型双向DC-DC 变换器拓扑结构比较及工作状态分析  19-20
    2.3.3 双向Buck/Boost 变换器拓扑的模型分析  20-22
  2.4 双向半桥式BUCK/BOOST 变换器主功率电路设计  22-24
  2.5 双向BUCK/BOOST 变换器开环仿真分析  24-26
  2.6 本章小结  26-27
第3章 双向DC-DC 变换器的硬件设计  27-35
  3.1 引言  27
  3.2 双向DC-DC 变换器控制方法的研究  27-30
    3.2.1 独立PWM 波控制法的分析  27
    3.2.2 互补PWM 波控制法的分析  27-28
    3.2.3 母线电压闭环控制系统的建立  28-30
    3.2.4 工作模式的切换原理  30
  3.3 双向DC-DC 变换器硬件电路的实现  30-34
    3.3.1 控制系统的采样电路设计  31
    3.3.2 闭环控制电路设计  31-33
    3.3.3 电源模块的设计  33-34
    3.3.4 控制芯片的接口设定  34
  3.4 本章小结  34-35
第4章 双向DC-DC 变换系统的软件设计  35-42
  4.1 引言  35
  4.2 双向DC-DC 变换系统与整车的通信  35-37
  4.3 软件系统的数据采集  37-38
    4.3.1 电压采集模块设计  37-38
    4.3.2 电流采集模块设计  38
    4.3.3 温度采集模块设计  38
  4.4 软件系统程序流程  38-40
    4.4.1 软件系统初始化  38-39
    4.4.2 实时采样功能模块  39-40
    4.4.3 故障信息发送模块  40
    4.4.4 故障信息处理模块  40
  4.5 本章小结  40-42
第五章 双向DC-DC 变换系统的仿真与实验结果  42-50
  5.1 引言  42
  5.2 硬件控制电路部分的仿真实验  42-45
  5.3 双向DC-DC 变换系统实验平台建立及测试  45-49
    5.3.1 双向DC-DC 变换系统实验平台的搭建  45-47
    5.3.2 双向DC-DC 能量变换的实验结果及分析  47-49
  5.4 本章小结  49-50
结论  50-51
参考文献  51-56
致谢  56

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 汽车工程 > 各种汽车 > 各种能源汽车
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