双向DC/DC变换器在混合动力汽车中的应用研究

【摘要】： 混合动力汽车融合了内燃机汽车和电动汽车的优点,在不降低动力性的前提下,可大幅提高燃油经济性及减少汽车排放,而且其续驶里程不受限制,价格适中,适合产业化,是目前清洁汽车研究的主要方向。美、日及欧洲等许多发达国家投入大量资金和人力进行相关研究,我国也将混合动力汽车作为重点攻关项目。因此,对混合电动汽车关键技术的研究具有非常重要的现实意义。其中,能量可双向流动的DC/DC变换器是混合动力汽车中的关键技术之一。它是储能元件与电动机之间的主要接口,是实现汽车在行驶过程中对能量回收的关键部件。故研究能量可以双向流动的性能优越的DC/DC变换器具有十分重要的意义。 文中首先介绍了混合动力汽车的特点、研究现状及发展趋势,然后在全面分析研究双向DC/DC变换器拓扑与控制策略的基础上,结合级联型变换器与推挽/全桥结构变换器的优点,提出了一种新颖的大功率级联式DC/DC变换器。该变换器由前级带变压器隔离的Boost变换器和后级推挽变压器共同完成升压,输出利用二极管整流桥整流,并通过耦合电感能量反馈辅助电路,实现了所有开关管的软开关。这种变换器效率高,稳定性强,减少了变压器的匝比,适合应用在原副边电压等级相差比较大的场合。 文中结合新型软开关双向DC/DC变换器在混合动力汽车动力系统中的应用,从正向(Boost)和反向(Buck)两种模式对变换器拓扑的工作原理、换流过程和软开关条件进行了详细的理论分析,在此基础上研制出一台实验样机,实验结果与理论分析一致。 【关键词】：混合动力汽车 双向DC/DC变换器 软开关 移相 级联 Boost变换器 推挽变换器
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 致谢7-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 课题背景和意义12-13
• 1.2 混合动力汽车的发展状况及主要技术13-17
• 1.2.1 混合动力汽车的发展状况13-15
• 1.2.2 混合动力汽车的关键技术15-17
• 1.3 混合动力汽车动力系统概述17-21
• 1.3.1 混合动力汽车动力结构与能量管理系统17-19
• 1.3.2 混合动力汽车动力系统工作模式分析19-21
• 1.4 本文研究的意义和主要工作21-22
• 1.4.1 本文研究的主要意义21
• 1.4.2 本文的主要研究内容21-22
• 第二章 双向 DC/DC 变换器拓扑发展与研究22-41
• 2.1 双向 DC/DC 变换器概述22-27
• 2.1.1 双向 DC/DC 变换器的概念22
• 2.1.2 双向 DC/DC 变换器的典型应用22-24
• 2.1.3 双向 DC/DC 变换器的拓扑构成24-25
• 2.1.4 双向 DC/DC 变换器的控制方式25-26
• 2.1.5 双向 DC/DC 变换器的软开关技术26-27
• 2.2 双向 DC/DC 变换器的拓扑类型27-29
• 2.2.1 非隔离型双向 DC/DC 变换器28
• 2.2.2 隔离型双向 DC/DC 变换器28-29
• 2.3 移相全桥型双向 DC/DC 变换器（BDC）的工作原理29-32
• 2.3.1 移相全桥型双向 DC/DC 变换器工作过程分析30-31
• 2.3.2 变换器移相控制的原理31-32
• 2.4 推挽隔离型双向 DC/DC 变换器的工作原理32-35
• 2.4.2 推挽隔离型双向 DC/DC 变换器拓扑的工作过程分析32-34
• 2.4.3 推挽隔离型双向 DC/DC 变换器拓缓冲电路34-35
• 2.5 其他拓扑形式双向 DC/DC 变换器35-39
• 2.5.1 多电平双向 DC/DC 变换器35-36
• 2.5.2 正反激组合型双向 DC/DC 变换器36
• 2.5.3 无磁性元件双向 DC/DC 变换器36-37
• 2.5.4 多端口双向 DC/DC 变换器37-39
• 2.6 一种新型软开关双向 DC/DC 变换器39-40
• 2.7 本章小结40-41
• 第三章 新型软开关双向 DC/DC 变换器的工作原理41-52
• 3.1 混合动力汽车各工况下变换器的等效拓扑41-43
• 3.1.1 汽车减速或制动等工况下变换器等效拓扑41-42
• 3.1.2 汽车加速或爬坡等工况下变换器等效拓扑42-43
• 3.2 新型变换器两种等效拓扑的工作过程分析43-48
• 3.2.1 蓄电池充电状态43-45
• 3.2.3 蓄电池放电状态45-48
• 3.3 变换器两种模式下的软开关条件48-49
• 3.3.1 降压工作模式开关管软开关的实现48
• 3.3.2 升压工作模式开关管软开关的实现48-49
• 3.4 新型变换器中变压器偏磁研究49-51
• 3.4.1 变压器偏磁问题概述49-50
• 3.4.2 蓄电池充电模式时变换器偏磁抑制50-51
• 3.4.3 蓄电池放电模式时变换器偏磁抑制51
• 3.5 本章小结51-52
• 第四章 新型软开关双向 DC/DC 变换器的电路设计52-64
• 4.1 变换器电路主要元器的设计52-57
• 4.1.1 变压器设计52-55
• 4.1.2 变换器开关管的选取55-56
• 4.1.3 升压电感设计56-57
• 4.1.4 滤波电容选择57
• 4.2 反激式辅助电路设计57-58
• 4.3 变换器控制电路与驱动设计58-61
• 4.3.1 蓄电池充电模式时的控制电路设计58-60
• 4.3.2 蓄电池放电模式时的控制电路设计60-61
• 4.4 电流检测电路设计61-62
• 4.5 反馈电路设计62-63
• 4.6 本章小结63-64
• 第五章 实验验证64-67
• 5.1 辅助电路实现软开关实验64-65
• 5.2 推挽级联型双向 DC/DC 变换器实验65-66
• 5.3 本章小结66-67
• 第六章 总结67-69
• 参考文献69-73
• 攻读硕士学位期间发表的论文73-74

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