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电动汽车车载智能充电器的研究

作　者: 何广胜
导　师: 夏超英
学　校: 天津大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 智能充电器全桥移相软开关控制占空比丢失高频变压器
分类号: U463.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

随着能源、环保问题的日益突出,电动汽车成为近年来迅速发展的一种新型汽车,并且有着巨大的发展空间。目前,限制电动汽车发展的主要问题是车载能源问题,要完全用动力电池替代传统的汽油,除了改进电池性能外,还要发展完善的辅助充电设备,因而研制一种方便、快捷、高效的充电器是必不可少的。本文的目标是设计一个体积小、重量轻,能为不同电池充电的智能充电器。论文首先对常用的蓄电池及充电方法进行了简要地介绍,并对充电器的总体结构进行了设计。为了达到减小体积、减轻重量的设计目标,本文接下来对高频控制方法进行了研究。在比较了多种拓扑结构和控制方法后,选定了全桥移相软开关控制方式作为控制策略。接下来本文对这种控制方法的原理,存在的问题进行了深入的研究,对问题的根源进行了分析。在参阅了多种解决方法后,选择了两种简单易行的解决方案进行研究。然后利用SIMULINK仿真工具,对这些控制方法进行了仿真验证。随后,本文对充电器进行了实物设计,设计内容包括两个部分,一是负责传递能量的主回路设计,还有就是负责控制功能的控制主板的软硬件设计。本文的最后对仿真和实验结果进行了分析和说明。本文研究的充电器有较高的实用价值,并且为今后继续深入研究积累了很多实践经验。

全文目录

中文摘要  2-3
ABSTRACT  3-7
第一章绪论  7-14
  1.1 课题的提出  7-8
    1.1.1 充电器的发展现状  7-8
    1.1.2 充电器的发展趋势  8
  1.2 电池特性及常用充电方法介绍  8-12
    1.2.1 常用蓄电池的电池特性及各自特点  8-9
    1.2.2 常用充电方法介绍  9-12
  1.3 车载充电器控制方法概述  12-13
    1.3.1 常用控制方式分析  12-13
    1.3.2 充电器的结构设计  13
  1.4 本文的研究内容和论文结构  13-14
第二章全桥移相软开关控制研究  14-33
  2.1 全桥变换器简介  14-15
    2.1.1 全桥变换器的特点  14
    2.1.2 全桥变换器的结构和工作原理  14-15
  2.2 全桥变换器控制策略的分析  15-18
    2.2.1 全桥变换器控制方法的分析  15
    2.2.2 全桥变换器三种控制方式介绍  15-18
  2.3 全桥变换器软开关控制策略分析  18-20
    2.3.1 软开关控制方式的选择  18
    2.3.2 全桥变换器ZVS 软开关控制方式分析  18-20
  2.4 全桥移相软开关控制的原理  20-24
  2.5 传统移相软开关控制存在问题分析及解决方案的研究  24-27
    2.5.1 副边占空比丢失问题的分析  24-25
    2.5.2 滞后桥臂难以实现ZVS 问题的分析  25-26
    2.5.3 解决方案的研究  26-27
  2.6 基于电流增强原理的改进方案的研究  27-30
  2.7 一种类似同步整流控制改进方案的研究  30-32
    2.7.1 原边控制信号超前副边控制信号情况分析  31-32
    2.7.2 原边控制信号滞后副边控制信号情况分析  32
  2.8 本章小结  32-33
第三章车载智能充电器的主回路设计  33-44
  3.1 主回路的整体设计  33-34
    3.1.1 主回路拓扑结构的选择  33-34
    3.1.2 全桥变换器主回路的总体设计  34
  3.2 高频变压器的设计  34-39
    3.2.1 磁芯材料的选择  35
    3.2.2 磁芯结构选择  35-36
    3.2.3 磁芯型号的确定  36-37
    3.2.4 按照AP 法对变压器绕线进行设计  37-38
    3.2.5 漏感的影响及减小漏感的方法  38-39
  3.3 输入回路的设计  39-40
    3.3.1 输入电容的设计  39-40
    3.3.2 输入电感的设计  40
  3.4 输出回路的设计  40-42
    3.4.1 输出整流桥的设计  40-41
    3.4.2 输出滤波电感的设计  41
    3.4.3 输出滤波电容的设计  41-42
  3.5 驱动电路的选择和设计  42-43
    3.5.1 功率开关管的选择  42
    3.5.2 驱动电路的设计  42-43
  3.6 本章小结  43-44
第四章全桥变换器控制板的软硬件设计  44-54
  4.1 基于DSP 的硬件电路设计概述  44-45
  4.2 控制系统的软件设计  45-53
    4.2.1 充电器控制软件的整体设计  45-46
    4.2.2 主循环的设计  46-47
    4.2.3 PWM 控制波形的产生  47-48
    4.2.4 手动充电控制的软件设计  48-50
    4.2.5 自动充电控制的软件设计  50-53
    4.2.6 串行传输程序的设计  53
  4.3 本章小结  53-54
第五章实验结果分析  54-64
  5.1 实验装置介绍  54-55
  5.2 实验结果及分析  55-56
  5.3 全桥移相软开关仿真结果及分析  56-63
    5.3.1 双极性控制方式仿真结果分析  57-58
    5.3.2 传统全桥移相软开关控制  58-59
    5.3.3 滞后臂实现ZVS 条件的验证  59-60
    5.3.4 对采用电流增强原理改进方案的验证  60-62
    5.3.5 对采用类似同步整流控制改进方案的验证  62-63
  5.4 本章小结  63-64
结束语  64-65
参考文献  65-68
发表论文和参加科研情况说明  68-69
致谢  69

电动汽车车载智能充电器的研究

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