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基于超级电容与燃料电池的双向dc-dc电源设计

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电源技术 2022年第1期46卷 82-84页

作者：韩冬林闫婧冯红岩翟晓晗天津中德应用技术大学天津300350

采用LM5170-Q1多相双向电流控制器芯片,在燃料电池-锂离子电池构成的混合动力汽车电控系统中,完成了基于超级电容与燃料电池的双向dc-dc变换器电源的软硬件设计,根据燃料电池和电机驱动单元的实时工况,利用超级电容快速充放电特性,实现... 详细信息

采用LM5170-Q1多相双向电流控制器芯片,在燃料电池-锂离子电池构成的混合动力汽车电控系统中,完成了基于超级电容与燃料电池的双向dc-dc变换器电源的软硬件设计,根据燃料电池和电机驱动单元的实时工况,利用超级电容快速充放电特性,实现了超级电容与燃料电池之间能量优化分配的控制功能。

关键词：双向dc-dc 超级电容燃料电池 LM5170-Q1

DAB双向dc-dc变换器的输出功率分析及高频振荡抑制

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海军工程大学学报 2017年第4期29卷 93-97页

作者：袁湘辉郭新涛雷霆海军工程大学电子工程学院武汉430033 北京无线电测量研究所北京100854 海军第七0二工厂上海200000

在介绍DAB变换器的拓扑结构和工作原理、仿真器工作特性的基础上,首先理论分析了死区时间对DAB变换器功率输出范围的限制以及高频隔离变压器原、副边全桥桥间输出电压波形存在的高频振荡问题;然后,提出了改变高频隔离变压器原、副边触... 详细信息

在介绍DAB变换器的拓扑结构和工作原理、仿真器工作特性的基础上,首先理论分析了死区时间对DAB变换器功率输出范围的限制以及高频隔离变压器原、副边全桥桥间输出电压波形存在的高频振荡问题;然后,提出了改变高频隔离变压器原、副边触发脉冲相对相移量解决输出功率受限和减小杂散电感降低输出纹波的方法;最后,通过仿真与实验测试,验证了该方法的有效性。

关键词： DAB 双向dc-dc 死区补偿高频振荡

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双向dc-dc变换系统设计与实现

信息通信 2019年第11期32卷 104-106页

作者：孟凡然姚帅刘凤海四川师范大学四川成都610101

设计一款双向dc-dc变换系统,通过核心控制器产生的PWM信号完成电压变换,具有电压电流实时检测功能。系统具有便捷、高效等优点,提高了设备管理效率、降低了的工作繁琐度。结构包括双向dc-dc主拓扑,电流电压检测电路和PWM信号的控制电路... 详细信息

设计一款双向dc-dc变换系统,通过核心控制器产生的PWM信号完成电压变换,具有电压电流实时检测功能。系统具有便捷、高效等优点,提高了设备管理效率、降低了的工作繁琐度。结构包括双向dc-dc主拓扑,电流电压检测电路和PWM信号的控制电路,经测试系统工作稳定,为dc-dc的设计提供一定参考。

关键词：嵌入式双向dc-dc PWM

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主动式双向dc-dc电池均衡器的设计

主动式双向DC-DC电池均衡器的设计

作者：杨文天东华大学

学位级别：硕士

环境污染和能源危机的问题逐渐成为21世纪的两大难题,随着人们环保意识的提高和政府的大力支持,电动汽车以其节能环保的特质受到了市场的青睐,必将引领着未来汽车行业的发展方向。而电池作为电动汽车的核心部分,其发展现状决定了电动汽... 详细信息

环境污染和能源危机的问题逐渐成为21世纪的两大难题,随着人们环保意识的提高和政府的大力支持,电动汽车以其节能环保的特质受到了市场的青睐,必将引领着未来汽车行业的发展方向。而电池作为电动汽车的核心部分,其发展现状决定了电动汽车进一步发展的可能性。由于技术上的限制,电动汽车的动力电池是由多个单体电池串联而成的电池组,由于电池的单体性能的不一致性,以及在使用期间的严重的过充和过放现象,将大大影响电池组的使用寿命,因此,电池均衡技术对于电动汽车的产业化发展至关重要。将电池均衡技术运用到充电桩内,保证电池组每一次充电的安全有效性是解决电池组寿命损伤问题的一条途径。国内外最新资料显示,非耗散型均衡技术是目前均衡技术的研究重点,已呈现出了电路结构多元化和控制方法多样化的现状。然而,很多均衡方法仅仅停留在理论研究上,并没有充分考虑电池组实际工作环境下的参数变化,此外,提出的部分均衡控制策略因计算过于复杂也往往难以应用于实际。本文在深入分析国内外对动力电池组均衡技术研究的基础上,针对电动汽车充电时常常发生的不完全充电和过充电情况下,提出了主动式双向dc-dc电池均衡器设计方法。该方法可实现对锂电池组的完全充电,能对24节锂电池组成电池组进行均衡充电。设计的电池均衡系统由均衡主电路和均衡控制器两部分组成。首先详细阐述了均衡主电路与控制器的电路设计。以设计产品级的电池均衡器为目标,探讨了电源供电电路、电源监视电路、DSP外围电路、SPI模块和CAN模块的电路设计方法。其中均衡控制器以DSP为控制核心,辅以凌力尔特公司的LTC6804-2的电压采集模块;其次,设计了一套从对电池电压监控到对电池组个个单体电压均衡的完整方案,设计了有效的均衡策略与SOC估算算法;随后,建立了电池均衡系统的仿真模型,对均衡方案进行了仿真验证。最后,开发了电池均衡器样机,并进行了电磁兼容,高低温测试以及功能性测试,验证了整个系统设计的有效性和可靠性。

关键词：充电桩电池均衡器双向dc-dc 主动均衡 SOC估算

一种电流型高增益双向dc-dc变换器的研究

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一种电流型高增益双向DC-DC变换器的研究

作者：杨亚永燕山大学

学位级别：硕士

随着经济的迅速增长以及工业水平的提高,大量化石能源的消耗使我国陷入能源危机和环境污染的困境。为了解决这些问题,我国已经大力开展可再生能源的开发和使用,其中新能源汽车和分布式发电系统备受关注。高增益双向dc-dc变换器作为连接... 详细信息

随着经济的迅速增长以及工业水平的提高,大量化石能源的消耗使我国陷入能源危机和环境污染的困境。为了解决这些问题,我国已经大力开展可再生能源的开发和使用,其中新能源汽车和分布式发电系统备受关注。高增益双向dc-dc变换器作为连接储能单元和直流母线的纽带,在新能源汽车和分布式发电系统中起着至关重要的作用。本文首先在前人提出的一种高增益双向dc-dc变换器的基础上,将变换器正向Boost模式工作时的PWM控制策略改为PWM+PFM控制策略。通过改变占空比控制输出电压,调节开关频率实现高压侧开关管的ZCS。同时统一了变换器正反向控制策略,与改进前相比,降低了变换器闭环系统设计的复杂程度。此外详细分析了变换器正向Boost模式和逆向Buck模式工作过程,并从变换器的电压增益、软开关以及电流纹波三个方面进行了特性分析。但高增益双向dc-dc变换器仍存在低压侧部分开关管的硬开关问题。其次,为了实现上述变换器中低压侧所有开关管的ZVS,进一步提高变换器的电压增益,本文通过在变换器低压侧加入LLC谐振网络,提出了一种新型高增益LLC双向dc-dc变换器。此外介绍了变换器的电路结构,给出了变换器正反向工作的主要波形,接着详细分析了变换器正向Boost模式和逆向Buck模式工作过程,并对变换器的电压增益以及软开关进行了特性分析。最后,分别对高增益双向dc-dc变换器和本文所提出的新型高增益LLC双向dc-dc变换器进行仿真,其结果与理论分析相吻合。此外还搭建了实验样机,验证了变换器工作的正确性与可行性。

关键词：高电压增益双向dc-dc PWM+PFM LLC谐振软开关

混合动力电动车用双向dc-dc变换器的研究

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混合动力电动车用双向DC-DC变换器的研究

作者：王飞兰州交通大学

学位级别：硕士

随着经济社会的持续发展,人们的物质生活水平节节攀升,汽车几乎成为了人类便利化生活的标配。然而,汽车保有量的不断增长在大大便利了人们生活的同时也带来了一系列严重的环境污染问题以及资源能源短缺问题,节能环保且经济的电动汽车逐... 详细信息

随着经济社会的持续发展,人们的物质生活水平节节攀升,汽车几乎成为了人类便利化生活的标配。然而,汽车保有量的不断增长在大大便利了人们生活的同时也带来了一系列严重的环境污染问题以及资源能源短缺问题,节能环保且经济的电动汽车逐渐受到人们的青睐。对于传统以蓄电池为动力的电动车存在的问题,将双向dc-dc变换器引入,与超级电容构成的复合电源作为辅助动力源共同驱动电动汽车。本文针对装载复合电源的混合动力电动汽车,考虑其特殊的应用场合及复杂的行驶工况,以交错并联双向dc-dc变换器作为主拓扑,通过传统以及改进控制策略提高变换器的动态性能。论文的研究内容主要有:首先,简要介绍了电动汽车及车用双向dc-dc变换器的国内外研究现状,然后对双向dc-dc变换器的控制技术进行了简单叙述。根据电动车用双向dc-dc变换器的设计要求,通过比较选择电压电流纹波较小的双向半桥变换器,再由交错并联得到本文所用主拓扑—交错并联双向dc-dc变换器。详细分析了不同模式下的工作原理,并对其主要参数进行了设计。其次,对Buck及Boost模式分别进行小信号数学建模,并由此分别设计了不同工作模式的传统控制器,通过仿真分析,说明传统控制策略下控制器设计的比较合理。针对传统控制策略存在的问题,Buck模式采用了一种改进的单周期控制方式,Boost模式采用输入电压前馈加输出电压反馈的改进控制策略。与传统控制方式的仿真结果对比,说明改进控制策略明显优于传统控制。最后,对不同控制策略下的仿真进行进一步验证,并在此基础上设计了系统的软硬件电路。软件部分主要设计了系统的主程序和Adc中断子程序,硬件部分在分析了整个系统工作方式的基础上,主要设计了其中的驱动电路、电压采样电路和电流采样电流。

关键词：电动汽车双向dc-dc 交错并联单周期控制电压前馈

基于均流技术的交错并联双向dc-dc变换器研究

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基于均流技术的交错并联双向DC-DC变换器研究

作者：赵瑜重庆理工大学

学位级别：硕士

为应对能源危机和环境污染等问题,电动汽车、光伏发电等环保节能型产业正逐渐走入人们生活。具有体积小、效率高、功率密度高、输出电流纹波小等优点的多相交错并联双向dc-dc变换器,已成为电动汽车、光伏发电系统的能量调节中心的重要... 详细信息

为应对能源危机和环境污染等问题,电动汽车、光伏发电等环保节能型产业正逐渐走入人们生活。具有体积小、效率高、功率密度高、输出电流纹波小等优点的多相交错并联双向dc-dc变换器,已成为电动汽车、光伏发电系统的能量调节中心的重要媒介。由于相间寄生参数存在差异导致各相电流不平衡,本文从实际需求出发,设计了三相交错并联双向dc-dc变换器,并对均流成因及抑制方法进行深入研究。首先,考虑到实际应用工作情况,本文以占空比D∈（1/3,2/3）为例,分析变换器升压、降压模式下工作模态。从数学角度出发,分析输出电流纹波特性,并给出变换器输出电流纹波与单相电感电流纹波的表达式,结果表明交错并联技术在一定程度上可减小纹波幅值,最优情况可实现纹波幅值为零。其次,明确了变换器各相电流不均衡的原因是各相外特性存在差异,并总结了基本的均流策略,针对传统均流控制环路多设计复杂的缺点,提出了一种单电流传感器均流控制策略。基于状态空间平均法和等效电路法,分析了相电流与开关管寄生参数、电感寄生电阻、占空比等因素的关系,通过对占空比D补偿以消除电流不均衡现象,并以任意一相为基准,推导出其余两相应补偿的占空比分量?D。同时采用扰动法建立变换器不同工作模式下的小信号模型,确立系统相应的控制目标,设计了补偿网络以提高系统性能。最后,搭建了一台10kW的三相试验样机,详细介绍了相关硬件电路的设计与器件选型。软件部分基于Matlab/Simulink实时代码生成工具RTW,搭建所设计的控制器模型,生成DSP控制代码。同时针对变换器不同的工作模式及负载情况,进行实验,实验结果表明变换器稳态及动态均流性能较好,满足规定标准。

关键词：交错并联双向dc-dc 均流寄生电阻

基于双向dc-dc的电动汽车驱动系统控制研究

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基于双向DC-DC的电动汽车驱动系统控制研究

作者：邵子刚哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

在日益严峻的能源危机和环境问题大背景下,纯电动汽车成为了汽车领域的未来发展趋势。但由于传统电池技术的限制,电动汽车电池电压一般难以满足在不弱磁条件下电机宽转速范围运行;在电池和电机驱动器直流母线间加入双向dc-dc变换器,一... 详细信息

在日益严峻的能源危机和环境问题大背景下,纯电动汽车成为了汽车领域的未来发展趋势。但由于传统电池技术的限制,电动汽车电池电压一般难以满足在不弱磁条件下电机宽转速范围运行;在电池和电机驱动器直流母线间加入双向dc-dc变换器,一方面可减少电机高速运行对弱磁控制的要求,使电池和电机设计解耦,增加了系统参数匹配的灵活性,dc-dc变换器有利于电池的能量管理,配合超级电容,可避免电池频繁、过度充放电,延长了电池的使用寿命。本课题围绕基于双向dc-dc变换器的电动汽车驱动控制系统,在系统工作机理和运行模态、电流解耦策略、dc-dc参数设计及其控制和系统建模与仿真等四个方面开展工作,具体如下:(1)首先对基于双向dc-dc的电驱动系统的工作原理开展研究。分析了半桥式Buck/Boost双向dc-dc变换器电压变换工作原理和基本模态,基于永磁同步电机数学模型推导了d-q轴交叉耦合产生的原因,确定了电机基本控制策略。(2)研究适合汽车工程应用的永磁同步电机电流解耦控制策略。通过时域和频域分析方法,分别比较了基于状态反馈解耦和PI前馈解耦两种电流控制策略对于d-q轴阶跃响应的时域耦合程度,并研究两种策略对电感参数的敏感性,确定具有工程实用性的电流解耦控制策略。(3)研究双向dc-dc变换器的参数设计方法及其基本控制策略。首先通过解析方法确定了Buck电路部分储能电感和滤波电容的设计初值,然后通过建立模型仿真分析了不同元件参数对变换器性能的影响,最终确定较优的元件参数;对于变换器的两种工作模式,分别建立仿真模型,验证了电流和电压环控制的可行性。(4)开展了系统控制策略与仿真研究。提出了基于状态机控制器的双向dc-dc母线电压统一控制策略,建立了包含dc-dc变换器和电机控制器的整车仿真模型,采用NEdc驾驶工况对系统进行了仿真测试,结果证明了系统的可行性。

关键词：电动汽车双向dc-dc 电流解耦母线电压控制

一种混合动力汽车用双向dc-dc变换器的研究

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一种混合动力汽车用双向DC-DC变换器的研究

作者：朱永强哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

混合动力汽车将传统的燃油汽车与新型的纯电动汽车相结合,既能满足汽车运行的性能要求,又能达到低能耗、低污染的目的。混合动力汽车的发展对车载电源技术提出了更高的要求,而dc-dc变换器是车载电源技术的关键部件,因此,对混合动力汽车D... 详细信息

混合动力汽车将传统的燃油汽车与新型的纯电动汽车相结合,既能满足汽车运行的性能要求,又能达到低能耗、低污染的目的。混合动力汽车的发展对车载电源技术提出了更高的要求,而dc-dc变换器是车载电源技术的关键部件,因此,对混合动力汽车dc-dc变换器的要求包括高效率、大功率、快速动态响应速度和高精度等诸多方面,这对于dc-dc变换器的研究而言非常具有挑战性。选择合适的dc-dc变换器模型,开发实用的dc-dc变换器仿真平台,是dc-dc变换器应用于混合动力汽车车载电源的基础与前提。首先,本文在论述混合动力汽车和混合动力电源的发展现状和技术优势并分析混合动力汽车和混合动力电源对dc-dc变换器的要求后,比较各种dc-dc结构的优缺点和适用条件,选择了最适合的双向全桥dc-dc结构作为研究对象。然后,对双向dc-dc变换器的工作原理与拓扑结构进行分析并制定相应的控制策略,根据实际需求选择合适的元器件。利用Matlab/Simulink仿真平台搭建相应的双向dc-dc变换器仿真模型,并对不同模式下的仿真结果进行分析。最后,基于LM5175芯片搭建双向dc-dc变换器的实验平台,对变换器的稳态性能和动态性能进行测试,对比仿真结果与实验测试结果验证设计方案的可行性。

关键词：双向dc-dc 双向全桥仿真模型测试平台