大功率电动汽车多功能智能快速充电机的研究

摘要

电动汽车以其高效率、低排放、多能源等优点成为解决当前环境污染和石油资源紧张问题的重要途径之一。目前国内外电动汽车技术已经得到迅猛发展，但作为电动汽车动力源泉的电池是其发展的瓶颈。本文分析了当前电动汽车动力电池充电技术的基本情况，针对不同蓄电池的不同充电特性，根据电池的荷电状态采取不同的智能充电技术，实现充电机的多功能化。
　　本文主要介绍了充电机的设计过程，包括主回路拓扑结构设计、功率元器件设计及选型、软件系统及通讯协议设计等工作。其中，充电电源设计采用以半桥电路作为拓扑结构的高频开关电源，同时，在输出滤波环节中加入双向半桥DC-DC变换器，以实现对电池的负脉冲放电及能量回收，提高了充电机的充电效率。为了减小高频下IGBT的开关损耗，文中采用了软开关技术，通过改进型ZVS-PWM控制，实现了IGBT的软关断。本文对快速充电的关键问题——充电终止的判断做了探讨，阐述了快速充电程序基本流程，并对快速充电的PID控制智能算法做了研究。
　　为了实现充电机的智能化，本文利用无线通信方式把充电与管理系统密切结合起来。汽车管理系统通过CC2500无线收发芯片，把电池的充电状态发送给充电机并显示，使充电机根据电池的荷电状态采取不同的智能充电技术，提高了充电系统的智能性、可靠性、安全性。
　　最后通过实验证明，本次设计的充电机主回路拓扑结构可行，并完全能达到预期的效果。同时，所设计的充电方法及其软件程序、参数设置功能、通讯协议等都合理有效，完全达到了设计要求。

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Contents

1 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 动力电池特性分析

1.3 课题的研究内容及结构

2 充电方法[4]

2.1 充电方法比较

2.2 马斯三定律

2.3 快速充电方法

2.4 充电控制技术[7]

3 大功率电动汽车多功能智能快速充电机的总体方案研究

3.1 充电机类型

3.2 智能快速充电机的总体框架

4 充电机的主回路设计

4.1 开关电源变换器拓扑结构分析与设计[7]

4.2 脉冲放电回路拓扑结构分析与设计[7]

4.3 整流电路设计

4.4 开关管及其驱动电路

4.5 软开关技术

4.6 高频变压器设计[30]

5 充电机的控制回路设计

5.1 处理器的选择[44]

5.2 充电电流、电压及温度采集

5.3 液晶及键盘设计

5.4 电源设计

5.5 通信设计

6 充电程序及控制算法设计[6]

6.1 充电终止判断方法

6.2 智能充电控制流程

6.3 基于PID的充电控制算法

6.4 去极化控制流程

7 实验结果及分析

8 全文总结

致谢

参考文献

硕士期间主要成果

附录 系统原理图