基于DSP的电动汽车充电桩充电系统的研究与实现

摘要

随着人们的环保意识逐步加强和新时代社会发展对环境保护的需求，电动汽车这样的绿色产业已经越来越受到人们的重视。在电动汽车的供电系统中，铅酸蓄电池，以其制造成本低、便于循环充电、安全可靠、无环境污染等优点，被广泛应用为电动汽车的储能装置。但充电方式对蓄电池使用寿命的影响至关重要，现有的充电方式对蓄电池寿命影响较为严重，蓄电池普遍远远达不到理论寿命。因此，本文希望研究并设计出一种能快速充电的智能化电动汽车充电桩充电系统。具体工作如下:
　　1.根据电动汽车充电桩充电系统的功能和技术要求，首先完成了本课题总体方案的设计与论证。具体地，首先通过几种电气隔离型DC/DC变换器的优缺点的分析与对比，确定了双管反激变换器作为本充电系统的功率主电路的拓扑结构，并且分析了该变换器的工作原理，验证了其在高输入电压场合的适用优越性。基于上述分析，进一步分析、论证，确定了主电路的控制方式为数字控制方式，系统选用TMS320LF2407作为本课题设计的DSP芯片，并展开了以TMS320LF2407为核心的充电控制器结构的一系列阐述与分析。
　　2.通过对蓄电池的工作原理、特性以及充电不当对蓄电池使用寿命产生的影响进行分析和阐述，对几种充电方法进行了介绍，经过对比确定本课题设计系统采用多模式充电控制策略，通过对蓄电池荷电状态的检测，选择通过激活充电、大电流快速充电、过充电和浮充电四个模式进行充电，有效的提升了蓄电池的使用寿命。
　　3.完成了本充电系统的软件实现，针对软件设计本章主要从其两个重要组成模块--主程序以及定时中断入手，前者用于实现程序的初始化操作与显示功能等，后者则是实现充电控制所需的PWM控制信号的生产以及参数的采样和数字滤波等功能。实现了充电系统的软件设计。
　　4.对充电桩充电系统的硬件构成进行设计并做了说明，充电桩的充电系统硬件构成主要由以下几个部分所组成:主控制电路、反激变压器、驱动电路等几部构成，本设计的硬件主电路运用是双管反激变换器拓扑结构，主控芯片选用的是TMS320LF2407。
　　5.在Saber仿真软件中对数字控制的充电系统进行了仿真研究，设计了数模混合仿真模型，分别进行了恒压与恒流输出的仿真，验证了本文的硬件和软件设计正确性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 蓄电池充电方法的研究现状

1．2．2 蓄电池充电装置的研究现状

1．3 本文研究内容

2 电动汽车充电桩充电系统的总体方案设计

2．1 充电系统的功能和技术要求

2．2 蓄电池充电系统的总体方案

2．3 系统的主电路拓扑结构分析与选择

2．3．1 DC／DC变换器的基本拓扑结构

2．3．2 双管反激变换器稳态工作分析

2．4 主电路控制方式的分析与选择

2．4．1 模拟控制和数宇控制的比较

2．4．2 基于DSP的数字控制方式

2．5 本章小结

3 蓄电池工作原理与充电控制策略的研究

3．1 蓄电池的工作原理

3．2 铅酸蓄电池的特性

3．2．1 蓄电池的极化现象

3．2．2 蓄电池的温度特性

3．3 充电不当对蓄电池寿命的影响

3．4 蓄电池充电控制策略

3．5 本章小结

4 电动汽车充电桩充电系统软件实现

4．1 系统软件设计总体结构

4．2 定时器PWM产生模块软件实现

4．3 A／D采样模块软件实现

4．4 数字滤波模块软件实现

4．5 数字PI调节模块软件实现

4．6 充电控制策略软件实现

4．7 本章小结

5 电动汽车充电桩充电系统硬件设计

5．1 蓄电池充电系统主电路的设计

5．2 变压器设计与功率器件的选型

5．2．1 变压器设计指标

5．2．2 磁芯材料和型号的确定

5．2．3 绕组的计算

5．2．4 主电路功率器件的选型

5．3 驱动电路设计

5．4 辅助电源设计

5．5 本章小结

6 系统仿真与实验结果分析

6．1 充电系统的仿真研究

6．2 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

读研期间主要科研成果