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电池测试设备用多重双向DC/DC变换器的研究

作　者: 张亚娟
导　师: 姜久春
学　校: 北京交通大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 电池测试设备双向DC/DC变换器多重化并联均流数字控制 DSP56F8O3
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

能源和环境的可持续发展是当今世界的重要课题。电动汽车作为绿色能源汽车得到了迅速发展。锂离子动力电池因其能量密度高,体积小,循环次数多而成为众多汽车厂商优选的电动汽车动力源。为了更好的研究锂离子动力电池的应用技术,用于测试动力蓄电池性能的动力蓄电池测试设备显得至关重要。为此,根据锂离子动力电池的测试需求,我们设计了一台可以模拟各种实际工况对动力蓄电池进行性能测试的大容量动力蓄电池测试设备。本课题在分析了传统电池充放电系统中不同双向DC/DC变换器的电路拓扑结构及其优缺点的基础上,在大容量动力蓄电池测试设备中采用了一种新型的多重双向DC/DC变换器拓扑结构。设计了基于数字信号处理器的数字控制系统,用数字电路代替传统的模拟电路来实现对整个回路的控制。本课题采用新型的两重化桥式双向DC/DC电路拓扑结构,实现了输出电压的极宽范围输出和较大的功率等级。本文设计了主电路参数及其数字控制策略并在MATLAB/Simulink环境下进行了闭环仿真。分析了并联电路均流方法,设计了对两个并联电感电流单独进行闭环控制的软均流方案。提出了以DSP56F803为核心的多重双向DC/DC变换器数字控制系统硬件、软件设计方案,进行了DSP软件的编写,完成了测试设备的样机。由于环境因素限制,样机实验只做到了半载50kW。样机实验表明：直流输出电压可以实现3-500V的宽范围输出,直流电流可以实现3-200A范围输出。半载充电效率达到94%,满足系统设计要求；电压、电流纹波小于5%。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-8
序  8-12
1 引言  12-16
  1.1 研究背景及意义  12-13
  1.2 双向DC/DC变换器的概况与发展  13-14
  1.3 论文的主要研究工作  14-16
2 主电路原理及参数设计  16-36
  2.1 100kW电池测试设备介绍  16-21
    2.1.1 电池测试设备结构及功能介绍  16-18
    2.1.2 常见的充电方法分析  18-19
    2.1.3 系统采用的充放电方法  19-21
  2.2 双向DC/DC变换器拓扑分析  21-29
    2.2.1 双向DC/DC变换器及其分类  21-22
    2.2.2 Bi Buck-Boost变换器的分析  22-25
    2.2.3 四象限Bi Buck-Boost变换器的分析  25-29
  2.3 多重化双向DC/DC变换器拓扑分析  29-31
  2.4 主电路参数设计  31-36
    2.4.1 直流输入电压的选择  31
    2.4.2 输出电感的设计  31-32
    2.4.3 输出电容的设计  32-33
    2.4.4 功率管的选择  33-35
    2.4.5 吸收电路的设计  35-36
3 多重化双向DC/DC变换器的控制与仿真  36-58
  3.1 DC/DC变换器的控制技术  36-43
    3.1.1 电压控制模式  36-38
    3.1.2 电流控制模式  38-41
    3.1.3 实现手段  41-43
  3.2 多重化双向DC/DC变换器的控制方法  43-48
    3.2.1 基于DSP的移相脉冲的产生  44-45
    3.2.2 电压电流双环控制  45-46
    3.2.3 数字PI控制策略  46-47
    3.2.4 数字软启动控制  47-48
  3.3 多重化双向DC/DC变换器的并联均流  48-53
    3.3.1 开关变换器并联系统常用的均流方法  49-52
    3.3.2 基于DSP的双电流环均流法  52-53
  3.4 两重化双向DC/DC变换器的仿真  53-58
    3.4.1 充电仿真  54-55
    3.4.2 放电仿真  55-58
4 基于DSP的数字控制系统的软硬件设计  58-82
  4.1 控制系统整体结构  58-59
  4.2 数字信号控制器  59-60
  4.3 控制系统硬件设计  60-68
    4.3.1 控制系统硬件需求  60-61
    4.3.2 电压检测电路设计  61-63
    4.3.3 电流检测电路  63-64
    4.3.4 故障检测电路  64-65
    4.3.5 光耦检测电路  65-66
    4.3.6 控制用继电器电路  66-67
    4.3.7 输出脉冲接口电路  67-68
    4.3.8 CAN通讯电路  68
  4.4 辅助电路设计  68-73
    4.4.1 Concept驱动电路设计  68-73
  4.5 基于DSP的控制系统软件设计  73-79
    4.5.1 主程序设计  73-75
    4.5.2 PWM重载中断程序设计  75-76
    4.5.3 AD转换完成中断程序设计  76-77
    4.5.4 计算占空比程序设计  77-78
    4.5.5 故障检测程序和故障处理程序设计  78-79
  4.6 数字逻辑保护设计  79-82
    4.6.1 CPLD芯片  79-80
    4.6.2 CPLD故障保护逻辑图  80-82
5 系统实验  82-96
  5.1 实验样机及实验使用的仪器  82-83
  5.2 IGBT驱动实验  83-85
  5.3 系统启动停机实验  85-86
  5.4 系统充放电实验  86-91
    5.4.1 充电实验  86-88
    5.4.2 放电实验  88-91
  5.5 系统性能参数测试实验  91-96
    5.5.1 充电性能参数  91-94
    5.5.2 放电性能参数  94-96
6 结论  96-98
参考文献  98-100
作者简历  100-104
学位论文数据集  104

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