大功率电动汽车直流充电机设计

摘要

随着节能减排要求的日益迫切以及科学技术的不断发展，新能源替代传统化石燃料能源成了整体趋势，特别其中是电动汽车产业的高速发展，带动了配套的充电系统设备也将成为新能源产业在交通领域的基础位置。目前，国内外都在积极推进并开发各种类型的电动汽车充电配套设备，从最初的小功率交流、直流充电机，到近年国内外的充电设备以能够实现电动汽车快速充电的大、中功率直流充电机作为主流发展方向，建设了不少大型充电站示范项目。本文将电动汽车大功率直流充电机作为主要研究内容，完成了100kW直流充电机的开发。
　　直流充电机是电动汽车充电系统中的重要组成设备，其工作过程将电网能量通过电力变换输送给电动汽车的电池系统。本文设计的直流充电机是一种实现AC/DC转换的电源设备，具有功率密度高、效率高、结构紧凑、人机交互性强、人性化设计及实时通信能力。本文详细介绍了直流充电机的设计开发过程，给出了充电机的系统功能及主要参数，并对直流充电机的硬、软件进行了详细设计。硬件部分包含了功率模块的电力电子拓扑结构、整流电路、IGBT模块及其驱动、高频变压器、隔直电容、高频电感以及滤波电容的设计，涉及到的大功率整流及PFC技术、高频逆变控制技术、功率模块元件设计选型、功率控制技术、并联均流技术等;软件设计则基于硬件回路、控制回路以及信号通信的架构，详细介绍了功率模块的运行程序、管理模块运行程序、数据采集与处理、故障处理、CAN通信等控制流程的主要步骤，直流充电机能够按照控制策略执行并完成外部指令输入、故障判断、信息通信的功能。同时，本文在直流充电机的安全性也进行了人身防护、设备防护以及电磁兼容性三个方面做了的防护性设计，达到形成了产品化的开发目的。
　　本直流充电机在公司测试平台完成了全面性能测试，各项指标达到设计要求，并满足了国内已出台的相关产品标准，并在德阳进行了样机的安装及测试，均满足使用需求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 电动汽车充电机的介绍以及课题的提出

1．2 电动汽车充电机国内外研究现状

1．3 研究的目的和意义

第2章 大功率直流充电机系统方案

2．1 大功率直流充电机主要功能

2．1．1 充电功能

2．1．2 充电模式设定

2．1．3 人机交互功能

2．1．4 计量计费功能

2．1．5 故障保护功能

2．1．6 数据通信功能

2．1．7 扩展功能

2．2 系统架构设计

2．3 系统关键技术

2．4 系统主要技术参数

第3章 直流充电机的硬件设计

3．1 功率部分充电模块设计

3．1．1 全桥式变换拓扑结构

3．1．2 前级整流滤波电路

3．1．3 IGBT驱动模块

3．1．4 IGBT驱动电路设计

3．1．5 高频变压器设计

3．1．6 隔直电容选取

3．1．7 副边整流二极管选择

3．1．8 输出高频电感设计

3．1．9 输出滤波电容设计

3．2 充电机控制电路

3．2．1 MCU系统

3．2．2 PI调节器

3．2．3 PWM波电路

3．2．4 驱动电路

3．2．5 电源模块

3．2．6 检测电路

3．3 CAN总线

3．3．1 网络拓扑结构

3．3．2 物理层设计

第4章 控制策略及通信协议设计

4．1 主控制流程设计

4．1．1 功率模块程序流程

4．1．2 管理模块程序流程

4．1．3 充电机终端程序流程

4．2 数据采集与处理

4．3 充电控制策略

4．4 故障处理子程序

4．5 并联均流

4．6 CAN通信

4．7 计量计费流程

4．7．1 电网测量

4．7．2 人机交互

4．7．3 信息打印通信

4．7．4 刷卡计费系统

第5章 安全保护设计

5．1 人身安全保护

5．1．1 直接接触防护

5．1．2 间接接触防护

5．1．3 必备的附加保护措施

5．2 设备保护

5．2．1 光耦隔离

5．2．2 过温、过流、过压保护

5．2．3 其他保护

5．3 电磁兼容设计

5．3．1 减少来自电源的干扰

5．3．2 硬件电路的抗干扰

第6章 样机研制及测试

6．1 样机研制

6．2 样机测试

6．2．1 试验环境搭建

6．2．2 测试结果

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文