高功率密度電動(dòng)汽車充電機(jī)的研究.pdf

1、隨著大氣污染與能源危機(jī)的日益嚴(yán)峻，電動(dòng)汽車以其節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)受到各國(guó)研究機(jī)構(gòu)的廣泛關(guān)注。純電動(dòng)汽車的動(dòng)力來(lái)源于車內(nèi)動(dòng)力電池組，因此動(dòng)力電池組安全、可靠、高性價(jià)比的充電技術(shù)成為電動(dòng)汽車市場(chǎng)化的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題之一。在電動(dòng)汽車充電技術(shù)中，車載充電機(jī)的使用最為廣泛，對(duì)于電動(dòng)汽車充電機(jī)，其熱點(diǎn)問(wèn)題包括：高功率密度，高效率，智能化充電。
　　本文首先分析了車載充電機(jī)的系統(tǒng)組成，并根據(jù)性能指標(biāo)要求選取了半橋LLC諧振變換器作為主功率拓?fù)洹Ｖ萍sLL

2、C變換器功率密度的主要問(wèn)題之一在于其磁性元件的體積和重量，本文使用變壓器漏感代替諧振電感的磁集成方案提升充電機(jī)整體功率密度。論文詳細(xì)討論了考慮漏感時(shí)半橋LLC變換器精確建模方法，給出了其基波等效模型，討論了在考慮漏感后諧振參數(shù)與等效匝比的變化。同時(shí)分析了帶中心抽頭變壓器由于兩副邊漏感分配不均而造成對(duì)諧振網(wǎng)絡(luò)增益、等效諧振頻率、效率以及軟開(kāi)關(guān)性能的影響。為解決磁集成漏感不對(duì)稱所造成的影響，從空間幾何角度對(duì)變壓器漏感進(jìn)行了解析建模，并指出副

3、邊兩漏感不對(duì)稱的原因在于兩副邊的幾何中心位置相對(duì)于原邊不對(duì)稱。進(jìn)而提出基于幾何位置對(duì)稱的雙繞組副邊結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)可有效保證兩副邊漏感具有良好對(duì)稱性。為滿足LLC諧振變換器設(shè)計(jì)中對(duì)于諧振電感感值的要求，需要使磁集成變壓器漏感值可調(diào)。本文基于漏感值受原副邊繞組間距影響的理論基礎(chǔ)，提出一種可以靈活調(diào)節(jié)漏感值的原副邊繞制方法。采用有限元磁場(chǎng)仿真的方法，驗(yàn)證了以上理論的正確性。除從變壓器繞制方式上改進(jìn)兩副邊漏感對(duì)稱度以外，提出采用不對(duì)稱控制方式，來(lái)

4、調(diào)節(jié)由于漏感不對(duì)稱造成的正負(fù)半周電流不對(duì)稱問(wèn)題。為滿足蓄電池高效率高可靠性充電所需的復(fù)雜控制邏輯，給出了LLC諧振變換器全數(shù)字控制設(shè)計(jì)方案。變換器可在寬輸入輸出范圍實(shí)現(xiàn)恒壓，恒流與恒功率工作。同時(shí)，為配合核心控制器DSP正常工作，論述了驅(qū)動(dòng)電路、采樣調(diào)理電路和保護(hù)電路的原理與設(shè)計(jì)過(guò)程。同時(shí)，闡述了數(shù)字控制方案的具體流程圖。最終完成了一臺(tái)交流180V~260V輸入，直流輸出54V~72V，輸出功率2000W原理樣機(jī)的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證試驗(yàn)。使用磁

5、集成技術(shù)完成的主功率變壓器相比于集成前節(jié)省30％體積與重量。由于節(jié)省了諧振電感生產(chǎn)工序，生產(chǎn)效率可得到提升。使用對(duì)稱結(jié)構(gòu)繞制的帶中心抽頭變壓器漏感不對(duì)稱度小于2%，且漏感在一定范圍可靈活調(diào)整，整機(jī)最優(yōu)效率94.4%。不對(duì)稱控制方法得以實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)波形證明了其副邊電流不均衡的良好補(bǔ)償效果。最終，本文給出了充電機(jī)實(shí)際充電曲線與效率曲線，并詳細(xì)論述了充電機(jī)的損耗分析過(guò)程，實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)驗(yàn)證了理論分析和參數(shù)設(shè)計(jì)的正確性。2000W充電機(jī)已通過(guò)項(xiàng)目驗(yàn)收，