电动汽车锂离子蓄电池充电器的研究与实现

摘要

随着经济的发展，能源资源紧张、环境污染严重也随之而来，如何能够利用绿色资源减少环境污染成为人们首先考虑的目标[1]，为了减少石油等不可再生资源的消耗，低能耗的电动汽车成为最为广泛推广的交通工具[2]，这就带动了电动汽车在汽车行业的发展，其中，蓄电池的充电技术是影响电动汽车发展的关键技术，这就加快人们对蓄电池快速充电技术的研究。锂离子蓄电池因其在相同电能容量的情况下质量密度小、使用循环寿命长等特点[3]，而被逐渐应用于电动汽车领域。其中，在蓄电池充电技术的研究方面，如何缩短蓄电池的充电时间、提高充电效率和延长蓄电池的使用寿命成为了蓄电池充电技术领域最为关注的课题。
　　首先，本文对蓄电池充电技术国内外的发展现状进行了简单叙述，还详细介绍了蓄电池的充电定律——马斯三大定律[4]和蓄电池最佳充电电流曲线，还对多种常用蓄电池的结构特性进行分析，选择锂离子蓄电池作为电动汽车的车载电池，针对锂离子蓄电池特性及多种常用充电方法对比，采用脉冲式快速充电方法作为锂离子蓄电池最佳充电方法[5]。这种充电方法能够缩短锂离子蓄电池的充电时间，提高对电网电能的利用率[6]。
　　再次，本文所设计的充电器样机主要包括充电主电路、采样电路和控制电路三个部分。其中，主电路的拓扑结构选用具有双向能量流动的双向全桥 DC-DC变换器，提高了整个系统工作效率[7]。主电路还包括功率因数校正电路和输出滤波电路。控制电路采用了TI公司生产的型号为TMS320F2812的DSP控制芯片，该芯片对充电主电路进行控制，控制充电主电路中电流的方向，完成蓄电池充电。本文对几种常用控制算法进行分析，提出本文采用的控制算法——滞环PID控制。同时，本文还设计了蓄电池组端电压检测电路、蓄电池的输入电流检测电路和蓄电池组温度检测电路和MOSFET驱动保护电路，来提高充电器的可靠性及安全性。
　　最后，通过MATLAB/Simulink仿真软件对主电路以及所选择的充电控制算法进行仿真研究，并给出了多种控制算法的仿真波形。并设计了10节蓄电池充电样机，利用DSP芯片控制驱动开关管，获得样机实验波形并对数据进行分析，以此来验证所设计的充电器能够满足锂离子蓄电池快速充电的要求。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外发展背景以及研究现状

1.3 论文的主要研究工作

第二章 电动汽车选用的蓄电池及充电方式

2.1 锂离子蓄电池的特性

2.2 蓄电池常用充电方法

2.3 本章小结

第三章 脉冲式充电器总体设计方案

3.1 脉冲式充电器的基本功能以及主要技术指标

3.2 充电器的总体设计方案

3.3 主电路拓扑结构的分析与选择

3.4 本章小结

第四章 充电器硬件电路的设计

4.1 充电器主电路的硬件设计

4.2 脉冲式充电器控制回路设计

4.3 信息采集电路的设计

4.4 本章小结

第五章 充电器控制算法研究和软件设计

5.1 主电路的数学模型

5.2 充电器控制算法的研究

5.3 软件设计概述

5.4 系统主软件系统设计

5.5 充电器界面设计

5.6 本章小结

第六章 蓄电池充电系统的仿真与实验

6.1 充电器充电系统的仿真

6.2 充电系统样机测试与结果分析

6.3 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 论文总结

7.2 研究展望

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文

致谢