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锂电池动力车车载数字电源的研究

作　者: 刘庚
导　师: 蔡文皓
学　校: 西安科技大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 锂电池电动汽车 车载充电电源 数字PFC 桥式变换器 CPLD
分类号: U463.63
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 279次
引　用: 2次
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内容摘要


当今世界,能源出现危机,机动车辆排气污染严重,电动汽车作为无污染交通工具,在市场上具有很大的优越性,其中以锂电池为动力的纯电动汽车已成为国际竞争的热点。但充电站和充电桩的建设与普及因电动汽车的成本、充电站的运行成本等诸多因素而受到制约。因此,车载充电电源的研究有着深刻的现实意义和经济价值。本文对锂电池动力车的充电电源进行了系统的研究,并设计了一款功率3KW的数字充电电源。采用数字功率因数校正(PFC)技术和全桥变换器电路结构的总体设计方案。针对传统模拟PFC控制方法的诸多缺点,提出了数字PFC控制技术,其抗干扰能力强,可靠性高,可实现复杂控制的优点使得模拟控制有被数字控制取代的趋势。车载充电电源设计主要分为硬件设计和软件设计两部分。硬件设计主要分为:主电路、主控制电路、PWM驱动电路、采样调理电路、通讯电路以及辅助供电电源设计。在主电路中主要对差模与共模扼流圈、PFC电路和全桥变换器进行了设计;主控制电路中,使用Microchip公司的dsPIC30F6010作为主控制芯片,并结合Xilinx公司的XC9500系列CPLD完成充电电源的控制功能;PWM驱动电路使用图腾柱驱动方式以加强其驱动能力;采样调理电路使用霍尔电压、电流传感器完成对主电路各参数的采样,并实现各种保护功能;通讯电路以CAN总线方式与上位机进行数据通讯,以实现电池管理系统(BMS);在辅助供电电源中,以一组供电电源为基础,设计出五组电源,以实现各部分电源隔离。软件部分设计主要分为两部分:一是数字化PFC软件设计;二是全桥变换器软件控制。最后,对论文做了总结,并指出本设计中优点与不足,为后续研究提供了参考方向。

全文目录


摘要  2-3
ABSTRACT  3-7
1 绪论  7-11
  1.1 研究背景及意义  7-8
  1.2 我国锂电池动力车的概况  8-10
  1.3 本课题的研究内容  10-11
2 功率因数校正（PFC）技术及主电路拓扑结构  11-25
  2.1 功率因数校正（PFC）技术  11-21
    2.1.1 功率因数的定义  11-13
    2.1.2 功率因数校正的基本原理及方法  13-15
    2.1.3 PFC模拟控制技术  15-16
    2.1.4 PFC数字控制技术  16-21
  2.2 主电路电路拓扑结构  21-24
    2.2.1 电路拓扑结构的分析  21-22
    2.2.2 电路拓扑结构的选择  22
    2.2.3 全桥变换器的特点  22-23
    2.2.4 全桥变换器的工作原理  23-24
  2.3 小结  24-25
3 车载充电电源硬件设计  25-60
  3.1 主电路设计  26-37
    3.1.1 差模与共模扼流圈设计  26-28
    3.1.2 整流器选择  28-29
    3.1.3 PFC硬件设计  29-33
    3.1.4 全桥变换器设计  33-37
  3.2 主控制电路设计  37-43
    3.2.1 dsPIC30F6010 芯片介绍  37-38
    3.2.2 Xilinx XC9500 系列CPLD  38-39
    3.2.3 dsPIC和CPLD外围硬件电路设计  39-43
  3.3 PWM驱动电路设计  43-46
    3.3.1 SN74AS240DW芯片介绍  43-44
    3.3.2 驱动电路硬件设计  44-46
  3.4 采样调理电路设计  46-53
    3.4.1 采样电路设计  46-51
    3.4.2 保护电路设计  51-53
  3.5 通讯电路设计  53-54
    3.5.1 CAN总线介绍  53-54
    3.5.2 硬件电路设计  54
  3.6 辅助供电电源设计  54-59
    3.6.1 单组电源设计  54-58
    3.6.2 单组电源实验测试结果  58
    3.6.3 多组电源设计  58-59
  3.7 小结  59-60
4 车载充电电源软件设计  60-65
  4.1 MPLAB IDE集成开发环境软件介绍  60
  4.2 XILINX ISE开发工具软件介绍  60-61
  4.3 数字PFC校正软件设计  61-62
  4.4 全桥变换器软件控制  62-64
  4.5 小结  64-65
5 结论  65-67
  5.1 总结  65-66
  5.2 需完善的工作  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-70
附录  70-73

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 汽车工程 > 汽车结构部件 > 电气设备及附件 > 电源系统
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