高功率密度電動汽車充電機的研究.pdf

1、隨著大氣污染與能源危機的日益嚴峻，電動汽車以其節(jié)能環(huán)保的特點受到各國研究機構的廣泛關注。純電動汽車的動力來源于車內(nèi)動力電池組，因此動力電池組安全、可靠、高性價比的充電技術成為電動汽車市場化的關鍵技術問題之一。在電動汽車充電技術中，車載充電機的使用最為廣泛，對于電動汽車充電機，其熱點問題包括：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的系統(tǒng)組成，并根據(jù)性能指標要求選取了半橋LLC諧振變換器作為主功率拓撲。制約LL

2、C變換器功率密度的主要問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整體功率密度。論文詳細討論了考慮漏感時半橋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諧振網(wǎng)絡增益、等效諧振頻率、效率以及軟開關性能的影響。為解決磁集成漏感不對稱所造成的影響，從空間幾何角度對變壓器漏感進行了解析建模，并指出副

3、邊兩漏感不對稱的原因在于兩副邊的幾何中心位置相對于原邊不對稱。進而提出基于幾何位置對稱的雙繞組副邊結構，此結構可有效保證兩副邊漏感具有良好對稱性。為滿足LLC諧振變換器設計中對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，提出一種可以靈活調(diào)節(jié)漏感值的原副邊繞制方法。采用有限元磁場仿真的方法，驗證了以上理論的正確性。除從變壓器繞制方式上改進兩副邊漏感對稱度以外，提出采用不對稱控制方式，來

4、調(diào)節(jié)由于漏感不對稱造成的正負半周電流不對稱問題。為滿足蓄電池高效率高可靠性充電所需的復雜控制邏輯，給出了LLC諧振變換器全數(shù)字控制設計方案。變換器可在寬輸入輸出范圍實現(xiàn)恒壓，恒流與恒功率工作。同時，為配合核心控制器DSP正常工作，論述了驅動電路、采樣調(diào)理電路和保護電路的原理與設計過程。同時，闡述了數(shù)字控制方案的具體流程圖。最終完成了一臺交流180V~260V輸入，直流輸出54V~72V，輸出功率2000W原理樣機的設計與驗證試驗。使用磁

5、集成技術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。使用對稱結構繞制的帶中心抽頭變壓器漏感不對稱度小于2%，且漏感在一定范圍可靈活調(diào)整，整機最優(yōu)效率94.4%。不對稱控制方法得以實現(xiàn)，實驗波形證明了其副邊電流不均衡的良好補償效果。最終，本文給出了充電機實際充電曲線與效率曲線，并詳細論述了充電機的損耗分析過程，實驗結構驗證了理論分析和參數(shù)設計的正確性。2000W充電機已通過項目驗收，