双向隔离型DC--DC变换器在车载储能系统中的应用与研究

摘要

随着汽车数量的不断增加，汽车带来的污染问题也越来越受到重视。国家也大力倡导发展环保清洁型汽车。而要发展环保汽车，其中的一个关键就是构建新型环保储能系统。新型储能系统要达到环保的目的就需要采用各种绿色储能单元。而DC/DC变换器作为连接各种储能单元的关键，对其的研究显得尤为重要。 本文首先对基于超级电容和蓄电池的复合车载存储系统进行了整体设计，并对系统中各部分的重要作用进行了分析。在对双向隔离型DC/DC变换器和双向非隔离型DC/DC变换器进行了性能与优缺点的研究后，根据车载储能系统的特点完成了对DC/DC变换器的选型。 对于所选定的全桥式双向隔离型DC/DC变换器，本文对其拓扑结构及工作原理进行了研究，并建立了小信号模型。对于所建立的模型分别设计了双极性控制方法以及移相控制方法来实现升压与降压操作，从而实现能量在不同储能单元间的流动。然后本文搭建了双向隔离型DC/DC变换器的仿真模型，并对其升压降压工作过程的特点进行了分析。 最后对整体系统的功率回路、控制回路进行了详细设计，包括隔离变压器、储能电感、滤波电容的参数设计以及IGBT模块、控制芯片等元器件的选型。在完成系统控制部分的软件设计后，搭建实验平台对DC/DC变换器进行了28V与270V直流电压相互转换的实验。 实验结果表明，本文设计的双向隔离型DC/DC变换器具有良好的电源输出品质，转换效率高，散热情况良好。并且本文设计的DC/DC变换器还具有功率可扩展的特点，能很好的满足车载储能系统对变换器功率等级的要求。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题研究背景和意义

1．2车载储能系统研究现状

1．2．1蓄电池储能发展状况

1．2．2超级电容储能发展状况

1．2．3复合储能系统的研究现状

1．3 DC-DC变换器在车载系统上的研究现状

1．3．1车载DC／DC变换器关键问题研究状况

1．3．2双向DC／DC变换器国内外研究状况

1．4本文主要研究内容和章节安排

第2章车载储能系统总体设计

2．1复合储能系统拓扑结构

2．1．1交流侧并联结构

2．1．2直流侧并联结构

2．2双向DC／DC变换器设计

2．2．1双向DC／DC变换器介绍

2．2．2非隔离型双向DC／DC变换器

2．2．3隔离型双向DC／DC变换器

2．2．4双向DC／DC变换器的选择

2．3复合储能系统工作模式设计

2．4本章小结

第3章双向隔离DC／DC变换器理论分析与研究

3．1．1主电路拓扑结构

3．1．2变换器工作原理分析

3．2双向隔离DC／DC变换器交流小信号模型

3．2．1双时间尺度平均值模型

3．2．2升压工作模式基本关系式

3．3双向全桥DC／DC变换器控制原理

3．3．1变换器升压模式的双极性控制

3．3．2变换器降压模式的移相控制

3．3．3变换器升压模式的移相控制

3．4本章小结

第4章DC／DC变换器方案设计与仿真验证

4．1 DC／DC变换器整体设计方案

4．2双向DC／DC变换器控制方案原理

4．3 DC／DC变换器参数设计

4．3．2储能电感Lf的设计

4．3．3滤波电容Cf的设计

4．3．4其他元器件的参数设计

4．4系统整体仿真研究

4．4．1变换器升压模式的双极性控制

4．4．2降压移相控制仿真实现

4．4．3升压移相控制仿真实现

4．5本章小结

第5章车载储能系统软硬件设计与实现

5．1电源模块设计

5．2功率模块设计

5．2．1驱动电路及保护电路设计

5．2．2电压、电流、温度采集(反馈)单元

5．3核心控制模块设计

5．3．1中央控制器MC9S12XF512

5．3．2 MC9S12XF512外围电路

5．3．3通信接口电路

5．3．4控制接口电路

5．4系统软件控制设计

5．4．1主程序设计

5．4．2中断程序设计

5．4．3控制程序实现

5．5实验结果分析

5．5．1采样信号滤波处理

5．5．2控制器控制波形生成

5．5．3整体控制效果图

5．6本章小结

第6章总结与展望

6．1总结

6．2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间取得的成果