应用于蓄电池化成系统的双向DC/DC变换器的研究

摘要

进入21世纪以来,随着世界经济的快速发展,能源的需求量持续增长,环境污染及退化问题也日益突出。本文针对传统锂动力电池化成时功率因数低、谐波污染严重、能源浪费严重等缺点,提出高功率因数能量回馈电池化成系统,结合硬件电路和软件编程,设计了其中的双向DC/DC变换器。
　　本文首先对该课题研究背景及双向DC/DC变换器基本原理作了简单的介绍,针对蓄电池化成装置,通过对比各种充放电方法,选择了最接近蓄电池充电曲线的智能三阶段充电方法;然后分析和对比了常见的双向DC/DC变换器拓扑结构,考虑到实际工作条件、成本和控制的灵活性选择了以单相全桥为主电路,结合模拟和数字控制技术的双向DC/DC变换器。重点围绕该拓扑结构,详细分析了双向DC/DC变换器的工作原理和控制方法。结合理论和MATLAB/Simulink仿真,设计了变换器的主电路、驱动电路、保护电路、状态切换电路和采样电路等,根据理论计算和工程经验确定了电路中功率开关管、RC缓冲电路、滤波电感、滤波电容、PI控制器等参数的选取及设计;根据系统整体设计思路,编写了上位机人机交互控制界面和基于89LPC938单片机的实时控制程序,实现对硬件电路的数字化控制。
　　最后搭建了实验平台,实验结果表明,该双向DC/DC变换器能够实现能量的双向的流动和宽范围的电压输出,并与前级双向AC/DC变流器联合调试,实现了蓄电池与电网能量的双向流动和网侧的高功率因数运行,证明了该方案的可行性。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 双向DC/DC变换器简介

1.3 本文主要内容

第二章 双向DC/DC变换器拓扑结构的分析

2.1 双向DC/DC变换器的基本拓扑

2.2 双向Buck/Boost变换器原理分析

2.3 双向DC/DC拓扑结构的选择

2.4 仿真模块搭建和波形分析

2.5 蓄电池充电方法介绍

2.6 本章小结

第三章 双向DC/DC变换器硬件电路部分的设计

3.1 蓄电池化成系统结构

3.2 双向H桥DC/DC变换器的工作原理

3.3 主电路设计

3.4 驱动电路的设计

3.5 其它电路的设计

3.6 硬件电路中的电磁兼容

3.7 本章小结

第四章 双向DC/DC控制系统与软件设计

4.1 控制系统总体结构图

4.2 DC/DC变换器控制技术

4.3 软件设计

4.4 本章小结

第五章 实验波形分析

5.1 实验平台介绍

5.2为两组蓄电池实物图，每组由两节蓄电池串联组成。

5.2 实验调试及波形分析

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文