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电动汽车V2V充电系统研究

电动汽车V2V充电系统研究

作者：潘玥燕山大学

学位级别：硕士

为了减少环境污染、节能减排,实现“双碳目标”,近些年电动汽车在全球范围内快速发展,尤其我国新能源汽车发展迅猛。但电动汽车在低温及长途等工作环境下运行,仍会出现电池电量耗光的突发状况,这将降低人们的工作效率,甚至危及人身安全... 详细信息

为了减少环境污染、节能减排,实现“双碳目标”,近些年电动汽车在全球范围内快速发展,尤其我国新能源汽车发展迅猛。但电动汽车在低温及长途等工作环境下运行,仍会出现电池电量耗光的突发状况,这将降低人们的工作效率,甚至危及人身安全。本课题针对以上紧急情况,提出了一种电动汽车V2V(Vehicle to Vehicle)充电系统,实现“应急充电”,简称“应充”。其充电设备应用的单向宽范围多谐振DC/DC变换器具有能够实现窄频率调节范围下宽输出电压范围的优点,工作原理简单,并且减少了开关管的数量,控制方法简单可行。首先,采用基波分析法研究了单向宽范围多谐振DC/DC变换器的主电路拓扑结构,对开关频率小于、等于、大于谐振频率等情况下的工作原理进行了分析,并研究了单向宽范围多谐振DC/DC变换器的电压增益曲线。其次,根据现今电动汽车车载充电机的各大厂商中各个类型的充电机的工作运行数据,给出了电动汽车V2V充电机多谐振DC/DC变换器的运行指标,分析了该单向宽范围多谐振DC/DC变换器的谐振参数对电压增益的影响,结合运行指标和参数分析,设计了单向宽范围多谐振DC/DC变换器的主电路谐振元件参数,并对主电路和控制电路进行了硬件和软件设计。并基于单向宽范围多谐振DC/DC变换器,研究了电动汽车V2V充电系统的充电方式及开环闭环控制策略。最后,在Psim仿真软件中,对单向宽范围多谐振DC/DC变换器,采用先恒流再恒压的双闭环控制方法,分别进行了开环,闭环仿真模拟。搭建了一台6.6k W的实验平台,实现了两种实验情况:1.开环实验:输入电压为300V,频率在74-120k Hz范围变化,电压可实现120-240V输出;2.闭环实验:完成给定电压/电流为240V/5A的充电情况,并在一块磷酸铁锂电池上完成先恒流6A再恒压15V的充电过程。由实验结果对仿真进行了验证,分析得该V2V充电系统的最大输出效率可达:96.54%。

关键词：电动汽车V2V 多谐振DC/DC变换器恒流恒压双闭环宽电压范围

双向隔离型DC-DC谐振变换器控制策略研究

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双向隔离型DC-DC谐振变换器控制策略研究

作者：汪锐盐城工学院

学位级别：硕士

为了应对不断加剧的燃油汽车尾气污染问题,电动汽车已经成为各国政府重点研究的对象,我国更是将发展电动汽车列为国家战略。车载充电机(On Board Charger,OBC)作为电动汽车的核心部件之一,主要由两级组成,前级为PFC整流器,后级为DC-DC... 详细信息

为了应对不断加剧的燃油汽车尾气污染问题,电动汽车已经成为各国政府重点研究的对象,我国更是将发展电动汽车列为国家战略。车载充电机(On Board Charger,OBC)作为电动汽车的核心部件之一,主要由两级组成,前级为PFC整流器,后级为DC-DC变换器。其中,DC-DC变换器主要负责匹配直流负载特性,为充电的各过程提供所需的直流电压与电流。目前,对于DC-DC变换器的优化主要集中在减少能量传输损耗、减少开关损耗、双向能量传输和增强宽电压范围调节能力,但是这些优化目标很难同时实现。因此,本文从DC-DC变换器拓扑、调制方法和控制策略三方面开展研究,实现了变换器宽电压范围下的双向能量传输和低损耗高效运行。本文首先对传统双向非隔离型DC-DC变换器、双向隔离型DC-DC变换器进行了概述,对双向隔离型DC-DC谐振变换器的几种拓扑进行了分析,在此基础上对适用于宽电压范围的变换器拓扑、调制方法及控制策略现状进行了研究。其次,提出了一种全-半桥DC-DC谐振变换器,并对传统调制方法中的单移相(Single-phase shift,SPS)和拓展移相(Extened-phase shift,EPS)进行详细分析。然后,基于以上传统调制方法,提出了一种新型非对称脉冲宽度调制方法。将此调制方法应用于全-半桥DC-DC谐振变换器,对变换器进行了稳态分析并建立功率级模型,同时获得了其零电压开关(Zero-voltage-switching,ZVS)条件及范围。接着,本文提出了一种电压匹配优化控制策略,对其原理进行了详细分析,优化了变换器功率级模型和ZVS区域。在拓扑结构、调制方法和控制策略的协同作用下,本文提出的全-半桥DC-DC谐振变换器实现了低成本、低复杂度、双向能量传递,在电压增益M为0.5-1范围内实现全部开关管ZVS、在M=0.5和M=1时获得最优ZVS区域和最小循环电流,提高了变换器效率。为了验证所提出的全-半桥DC-DC谐振变换器、非对称脉冲宽度调制方法和电压匹配优化控制策略,对变换器的高频变压器和谐振槽参数进行了设计,使用PSIM软件进行了仿真验证。对电路系统、隔离驱动电路和采样电路进行了设计,搭建了实验原型机并进行实物验证,对得到的波形进行了分析和总结。

关键词：双向隔离型DC-DC谐振变换器双向能量传递零电压开关宽电压范围

用于电动汽车电池模组均衡的双向DC/DC变换器的研制

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用于电动汽车电池模组均衡的双向DC/DC变换器的研制

作者：汪树智北京交通大学

学位级别：硕士

随着全球能源以及环境形式的日趋严峻,以锂离子电池为核心的动力电池的发展显得愈发重要,而均衡技术恰恰是制约动力电池发展的重要因素之一,因此其相关研究有着重要的意义。在动力电池使用过程中,当电池模组由车内的电池管理系统无法均... 详细信息

随着全球能源以及环境形式的日趋严峻,以锂离子电池为核心的动力电池的发展显得愈发重要,而均衡技术恰恰是制约动力电池发展的重要因素之一,因此其相关研究有着重要的意义。在动力电池使用过程中,当电池模组由车内的电池管理系统无法均衡时,往往需要替换为新电池模组,从而导致了新模组与整车电池组之间参数的不一致性问题。本文针对上述问题,研制了一套双向DC/DC变换器,其采用两级结构的方式实现宽电压范围下的闭环控制。主要工作内容如下:依据目标需求,设计了均衡装置的整体方案,并突出本文研究重点为双向DC/DC变换器。选定三元锂离子电池为研究对象,计算变换器两侧的电压范围以及整体电压增益范围,从而选取合适的主电路拓扑,对其工作原理及特性进行分析。上述选取的拓扑为两级变换器结构,LLC谐振变换器采用基波分析法建模,分析其电压增益特性;Buck/Boost变换器采用小信号建模的分析方法,得出其电压、电流对占空比的传递函数。对于已选主电路拓扑,按照一定的设计步骤,进行相应的参数设计与器件选型;并通过MATLAB仿真,分析不同工作状态下的波形,验证了主电路参数设计的合理性。基于上述要求,选用DSP芯片TMS320F28034PNT作为主控芯片,设计具体的硬件控制电路,包括芯片外围电路、信号采集与调理电路、隔离驱动电路、过流保护电路以及CAN通讯接口电路等。在硬件电路设计的基础上,依据目标需求,基于主控芯片进行系统软件程序的设计,以实现闭环条件控制下电池模组均衡;并利用主电路参数进行PI参数的设计,通过仿真分析变换器闭环控制下的动态性能。通过对实验样机的搭建以及软硬件的联合调试,分析了不同工作状态下的实验波形,验证了变换器在宽电压增益范围下工作的可行性以及硬件电路设计的合理性。

关键词：电池模组双向DC/DC变换器宽电压范围 LLC Buck/Boost

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兼顾稳态效率和暂态升压能力的LLC变换器

电工技术学报 2020年第4期35卷 767-774页

作者：汤欣喜邢岩吴红飞赵健工信部多电飞机重点实验室(南京航空航天大学)

针对服务器前端电源等对稳态效率和暂态升压能力具有特殊需求的应用场合,在LLC谐振变换器的整流电路中引入辅助开关网络,得到了一种改进的LLC谐振变换器。在额定输入电压附近,辅助开关网络保持关闭,变换器采用脉冲频率调制(PFM)调节输... 详细信息

针对服务器前端电源等对稳态效率和暂态升压能力具有特殊需求的应用场合,在LLC谐振变换器的整流电路中引入辅助开关网络,得到了一种改进的LLC谐振变换器。在额定输入电压附近,辅助开关网络保持关闭,变换器采用脉冲频率调制(PFM)调节输出电压;而当输入电压跌落时,辅助开关网络采用脉宽调制(PWM)策略,工作状态和Boost变换器类似,使变换器获得了额外的升压调节能力。对改进的LLC变换器的工作过程、电压增益特性进行分析,并给出了参数设计的方法。励磁电感的设计只需考虑稳态工作点的性能需求,与电压增益范围无关,有效减小了传统LLC变换器变压器因励磁电感过小而额外引入的环流损耗。最后通过实验验证了所提方案的可行性和有效性。

关键词： LLC谐振变换器宽电压范围脉宽调制有源整流

基于基波分析法的车载充电机CLLC谐振变换器参数设计方法

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中国电机工程学报 2020年第15期40卷 4965-4976页

作者：赵烈裴云庆刘鑫浩范文杰杜雨西安交通大学电气工程学院陕西省西安市710049

研究一种CLLC直流双向谐振变换器,适用于宽电压增益范围、宽负载范围场合应用。文中从基波分析法的角度,对CLLC谐振变换器的增益特性和阻性边界进行研究。针对传统设计方法在面对非阻性有源负载时存在的不足,提出一种基于参数优化且能... 详细信息

研究一种CLLC直流双向谐振变换器,适用于宽电压增益范围、宽负载范围场合应用。文中从基波分析法的角度,对CLLC谐振变换器的增益特性和阻性边界进行研究。针对传统设计方法在面对非阻性有源负载时存在的不足,提出一种基于参数优化且能保证全局软开关运行的设计方法。搭建一台输入电压640~900V、输出电压200~400V,双向功率5k W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性和参数设计方法的可行性。

关键词：谐振变换器宽电压范围参数优化软开关

基于准谐振技术的宽输入电压范围双管反激电源设计

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电子测试 2018年第2期29卷 28-29页

作者：张志远 91404部队

本文设计了一种基于变频控制芯片L6565D的宽输入电压范围双管反激电源,应用于光伏电站系统中的辅助电源;其输入电压范围可达DC200-1000V,L6565D根据采集输入电压的变化情况实现不同电压段的电流环限流点的调节,同时利用检测变压器磁复... 详细信息

本文设计了一种基于变频控制芯片L6565D的宽输入电压范围双管反激电源,应用于光伏电站系统中的辅助电源;其输入电压范围可达DC200-1000V,L6565D根据采集输入电压的变化情况实现不同电压段的电流环限流点的调节,同时利用检测变压器磁复位状态来控制两个开关管工作于谷底导通模式,实现软开关功能。

关键词： L6565D 准谐振双管反激宽电压范围

一种无电解电容单级Buck-Boost逆变器

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电工技术学报 2019年第20期34卷 4295-4305页

作者：王立乔李占一刘乐黄海文燕山大学电力电子节能与传动控制河北省重点实验室秦皇岛066004 国网冀北电力有限公司秦皇岛市抚宁区供电分公司秦皇岛066300

针对中小功率光伏发电系统中电压源型逆变器不能升降压运行、直流侧需要大容量电解电容的问题,提出一种新型无电解电容单级Buck-Boost逆变器。该逆变器具有升降压能力,不仅电路本身不含电解电容,而且其抵抗输入侧低频脉动的能力强,有利... 详细信息

针对中小功率光伏发电系统中电压源型逆变器不能升降压运行、直流侧需要大容量电解电容的问题,提出一种新型无电解电容单级Buck-Boost逆变器。该逆变器具有升降压能力,不仅电路本身不含电解电容,而且其抵抗输入侧低频脉动的能力强,有利于减小输入侧滤波电容值,从而实现整个系统无电解电容化。该逆变器具有成本低、使用寿命长、可靠性高、短路及断路保护简单等优点,符合中小功率光伏发电系统的要求。该文首先介绍该逆变器的工作原理,然后建立其数学模型,并设计闭环调节器。在理论分析的基础上,进行仿真和实验验证,仿真和实验结果证明了理论分析的正确性。

关键词：单级 Buck-Boost 逆变器宽电压范围无电解电容中小功率光伏系统

应用于储能变流器的LLC/CLLC谐振变换器综述

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电源学报 2021年第6期19卷 50-63页

作者：刘林熊兰高迎飞湖北工业大学太阳能高效利用及储能运行控制湖北省重点实验室武汉430068

针对储能变流器中高效隔离型DC-DC变换器的应用需求,首先,分析了储能变流器高电压输入、宽电压输出及大功率的特点,着重比较分析了LLC/CLLC变换器实现宽电压调节范围、高压大电流输出的方法,并介绍了其软启动控制技术。然后,对比LLC变... 详细信息

针对储能变流器中高效隔离型DC-DC变换器的应用需求,首先,分析了储能变流器高电压输入、宽电压输出及大功率的特点,着重比较分析了LLC/CLLC变换器实现宽电压调节范围、高压大电流输出的方法,并介绍了其软启动控制技术。然后,对比LLC变换器分析了CLLC变换器的特点,探讨其应用于高压大电流变流器所面临的问题。最后,介绍了2种拓扑在储能中的应用。谐振变换器是实现储能变流器DC-DC环节高效能量传输的有效途径,大功率LLC谐振技术相对CLLC更加成熟。随着大功率谐振技术的发展,LLC/CLLC谐振变换器将在高压、大功率储能系统中具有非常广阔的应用前景。

关键词： LLC变换器储能变流器宽电压范围软启动

宽电压RCD钳位Flyback变换器的参数优化设计

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电气传动 2020年第9期50卷 20-25页

作者：李林鸿皇金锋谢锋陕西理工大学电气工程学院陕西汉中723001 陕西省工业自动化重点实验室陕西汉中723001

分析了RCD钳位Flyback变换器的工作原理及能量传输过程特点,得出了励磁电感、滤波电容、吸收电阻以及钳位电容等参数在宽电压范围内的变化规律。针对分布式发电系统、UPS等特殊应用环境下,需要Flyback电源能够在宽电压范围内都能正常工... 详细信息

分析了RCD钳位Flyback变换器的工作原理及能量传输过程特点,得出了励磁电感、滤波电容、吸收电阻以及钳位电容等参数在宽电压范围内的变化规律。针对分布式发电系统、UPS等特殊应用环境下,需要Flyback电源能够在宽电压范围内都能正常工作,因此考虑到全动态范围内的最恶劣工况,给出了RCD钳位Flyback变换器各元件参数的设计方法,使得变换器在全动态范围的工作性能都能符合设计指标要求。最后通过仿真和实验验证了宽电压范围参数设计的合理性。

关键词： RCD钳位 Flyback变换器宽电压范围参数设计