大功率直流充电机的电源管理策略研究与实现

摘要

节能减排与新能源逐渐成为国家经济建设的重要发展方向，在市场导向与国家政策支持下，电动汽车产业逐渐规模化发展，相关配套充电设施急需完善，以保障日益增长的电动汽车充电需求。
　　本文针对大功率电动汽车直流充电机，对其电源管理系统的充电控制策略及均流问题进行研究，完成满足最新充电国标和实际用户充电需求的最大输出功率120kW直流充电机研制。论文主要研究内容归纳如下:
　　综合分析电动汽车的充电现状，对大功率电源的模块化组成产生的并联均流问题及相关技术进行研究，对直流充电机进行主要功能与系统构成设计。
　　完成充电机电源管理系统的充电控制流程设计，涵盖充电主流程和车载电池系统、电源系统、主要功能性终端的控制流程，以及故障保护功能流程，并制定系统相关通讯协议。
　　对电源并联均流问题进行理论仿真研究，提出基于CAN总线的数字式主从均流策略，并制定电源模块的竞争定主方案，建立数字式双环主从均流Matlab/Simulink模型，仿真均流动态效果良好，能够反应恒流恒压充电的电气特征。设计多电源模块系统的功率组合充电方案。
　　完成120kW充电样机研制，实现良好的流程化充电和故障保护功能测试，可根据车载电池需求与用户充电模式设定进行实时功率跟踪输出，样机输出满足相关充电均流指标，实现电源系统功率组合投切测试，设计可提高电源效率，延长电源寿命。样机满足传导式充电机的最新国标要求，具有良好人机交互功能，达到灵活、高效、经济、安全的充电设计目标，具有一定的实际应用价值与经济效益。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 电动汽车充电的相关现状

1．2．1 电动汽车充电机分类

1．2．2 国内外技术标准发展

1．3 大功率充电机的研究背景

1．3．1 电源模块化发展

1．3．2 并联均流的问题

1．3．3 均流技术研究现状

1．4 论文的主要工作

第二章 直流充电机的功能设计与系统构成

2．1 直流充电机的功能设计

2．1．1 相关设计规范

2．1．2 充电模式设计

2．1．3 充电机的主要功能

2．2 直流充电机的系统构成

2．2．1 充电机的系统结构

2．2．2 主电路拓扑原理

2．2．3 相关通信方式

2．3 直流充电机的外围交互

2．3．1 电动汽车电池管理系统

2．3．2 配套云端后台服务器

2．3．3 电力系统低压配电网

第三章 电源管理系统的控制流程与通讯协议

3．1 系统充电流程设计

3．1．1 充电主流程与状态跳转

3．1．2 电池系统控制流程

3．1．3 电源系统控制流程

3．1．4 主要功能性终端控制流程

3．2 故障保护流程设计

3．2．1 故障保护流程

3．2．2 故障来源分类

3．2．3 故障等级分类

3．2．4 故障分类描述与判定

3．3 通讯协议设计

3．3．1 冗余CAN总线

3．3．2 CAN报文数据帧设计

3．3．3 服务器通讯协议设计

第四章 多电源模块的并联控制策略

4．1 均流原理与衡量标准

4．1．1 并联均流的一般原理

4．1．2 并联均流的衡量标准

4．1．3 传统的均流技术原理

4．2 数字式主从均流策略

4．2．1 充电控制策略的概述

4．2．2 电源模块的控制策略

4．2．3 数字双环主从均流原理

4．2．4 CAN总线仲裁定主设计

4．3 多电源模块的组合式充电方案

4．3．1 单路功率组合充电

4．3．2 双路双电源系统充电

4．4 主从均流的Matlab／Simulink仿真

4．4．1 闭环Buck电路PI控制计算及仿真

4．4．2 无均流措施的并联Buck电路仿真

4．4．3 双环主从均流法的并联均流Buck电路仿真

第五章 充电机电源管理系统的实现

5．1 硬件设计

5．1．1 主控制板及功能模块

5．1．2 控制板硬件接口

5．1．3 外围相关器件

5．1．4 调试及接线

5．2 软件设计

5．2．1 充电主程序的软件开发环境

5．2．2 充电主程序的软件架构

5．2．3 人机交互设计与数据存储分区

5．3 充电实验及相关结果

5．3．1 电源管理系统的充电实现

5．3．2 多电源模块组合式充电的实现

5．4 充电测试小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间研究成果