电动汽车双向DC-DC变换器的设计

摘要

随着人类社会的快速发展，越来越多的人开始意识到节约资源、爱护环境的重要性。传统燃油汽车伴随与日俱增的污染问题，使得新能源的发展愈发得到关注。新能源电动汽车(EV)的运行是用电能代替汽油，既节能环保而且能量利用效率也高，可以很好的解决传统燃油汽车所面临的问题，为社会发展谋得福利。随着新能源电动汽车受到越来越多的关注，研究人员加大了对其的研发，国家也加大力度对其进行发展，因此电动汽车在中国能源发展的战略上占了越来越重要的地位。电动汽车与电网的互动，有优势也有不容忽视的挑战，挑战来源于大范围接入电网所带来的影响，优势来自可以作为分布式储能元件来为电网削峰填谷。然而，电动汽车的飞速发展伴随着一些技术的不完善，本文主要讨论了电动汽车的车载双向DC-DC变换器。
　　首先，介绍了双向DC-DC变换器的工作原理以及性能优势。对比了几种拓扑结构的优缺点，并分析讨论其各自的适用范围，本文选择的是全桥双向DC-DC变换器。对于双向DC-DC变换器的两种控制方式，详细阐述了其中之一的移相控制。对单移相控制和双重移相控制运行过程进行了对比分析，通过比较变换器工作运行的效率，选择双重移相作为双向DC-DC变换器的控制方式。运用开关周期平均法加入小信号扰动对变换器数学建模。
　　其次，考虑到双向DC-DC变换器在单移相控制方式下会出现功率回流的现象，使得系统的整体效率降低，器件损耗增大，影响了系统的运行。本文针对双向DC-DC变换器存在功率环流的现象，提出一种基于双重移相的回流功率优化控制策略。经过推导分析得到了经过标幺化后的回流功率的表达式，绘制出传输功率与内外移相比关系的等高曲线图，验证了双重移相控制可以有效地消除回流功率。通过仿真将两种控制方式进行比较，验证了双重移相优化控制策略具有较小的回流功率，系统的整体效率高，电流应力小等特点。
　　最后，对双向DC-DC变换器系统进行软硬件设计。设计了采样电路，IGBT和继电器驱动电路，调理电路，保护电路等。软件部分主要分为主程序和中断主程序进行说明。最终进行样机测试，验证了设计方案的可行性。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 课题研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 电动汽车的发展现状

1．2．2 双向DC-DC变换器的发展现状

1．3 DC-DC变换器在电动汽车中的发展

1．4 本文研究的主要内容

2 双向DC-DC变换器的研究

2．2．1 非隔离型双向DC-DC变换器基本拓扑

2．2．2 隔离型双向DC-DC变换器基本拓扑

2．3 双向DC-DC变换器拓扑选择

2．4 双向全桥DC-DC变换器控制策略

2．4．1 单移相控制策略

2．4．2 双移相控制策略

2．4．3 数学建模

2．5 本章小结

3 双向DC-DC变换器控制策略优化

3．1 基于双重移相的回流功率优化控制策略原理

3．1．1 传输功率等高线与最小回流功率边界线有交点

3．1．2 传输功率等高线与最小回流功率边界线无交点

3．2 基于双重移相的回流功率优化控制策略的实现

3．3 仿真分析

3．3．1 基于传统单移相控制方式的仿真分析

3．3．2 基于双重移相的回流功率优化控制策略仿真分析

3．4 本章小结

4 双向全桥DC-DC变换器的设计

4．1．1 硬件结构设计

4．1．2 硬件电路组成

4．2 双向全桥DC-DC变换器软件设计

4．2．1 主程序

4．2．2 初始化程序

4．2．3 中断子程序

4．2．4 双重移相PWM波的产生

4．3 本章小结

5 样机测试与结果分析

5．1 样机测试

5．2 结果分析

5．3 本章小结

6 结论

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文