5kW混合动力汽车用双向DC/DC变换器设计

【摘要】：混合动力汽车采用内燃机和动力电池两种动力源,动力电池辅助内燃机输出牵引功率并回收刹车减速时的再生制动能量,使得混合动力汽车在燃油经济性与尾气排放特性上具有显著优势。双向DC/DC变换器作为应用于混合动力汽车中电力电子控制单元,可实现电能的双向流动。本文对混合动力汽车用双向DC/DC变换器模式切换与控制进行了研究。 本文首先介绍了混合动力汽车用双向DC/DC变换器研究现状与模式切换研究现状。根据混合动力汽车用双向DC/DC变换器输入、输出电压等技术指标,本文采用双向Buck/Boost变换器。分析了双向Buck/Boost变换器对应混合动力汽车不同运行状态下的工作模式,并阐述了变换器在各模式下的工作原理。进而完成了主电路参数设计以及保护逻辑设计。 然后针对双向Buck/Boost变换器不同的工作模式,分析并确立了相应的控制目标以满足混合动力汽车的应用需求,建立了相应模式下的小信号动态模型,并详细给出了对应控制器参数的设计方法,以改善系统性能。在理论设计的基础上,对混合动力汽车用双向Buck/Boost变换器各工作模式下的稳态性能与动态性能进行了实验验证。 最后分析并确立了混合动力汽车用双向Buck/Boost变换器不同工作模式之间的切换策略,搭建了一台5kW的混合动力汽车用双向Buck/Boost变换器实验平台以及用于模拟上位机的人机交互界面,并在该实验平台上进行了单一模式切换与总模式切换的实验验证。 【关键词】：混合动力汽车 双向Buck/Boost 模式切换策略 控制
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-9
• 目录9-11
• 第一章 绪论11-22
• 1.1 研究背景及意义11-15
• 1.1.1 研究背景11-12
• 1.1.2 混合动力汽车历史和国内外研究现状12-14
• 1.1.3 双向DC/DC变换器在混合动力汽车中的研究意义14-15
• 1.2 双向DC/DC变换器在混合动力汽车中的研究现状15-20
• 1.2.1 用于混合动力汽车的双向DC/DC拓扑结构15-17
• 1.2.2 双向DC/DC变换器国内外研究现状17-18
• 1.2.3 双向DC/DC变换器控制及模式切换研究现状18-20
• 1.3 本文所研究拓扑20
• 1.4 本文的选题意义和研究内容20-22
• 1.4.1 选题意义20-21
• 1.4.2 研究内容21-22
• 第二章 双向Buck/Boost变换器工作原理与参数设计22-34
• 2.1 双向Buck/Boost变换器工作原理22-25
• 2.1.1 双向Buck/Boost变换器工作模式分析22-23
• 2.1.2 双向Buck/Boost变换器工作原理分析23-25
• 2.2 双向Buck/Boost变换器系统结构25
• 2.3 双向Buck/Boost变换器主电路参数设计25-32
• 2.3.1 储能电感设计26-27
• 2.3.2 输入输出滤波电容设计27-31
• 2.3.3 功率开关器件选取31-32
• 2.4 双向Buck/Boost变换器系统保护逻辑32-34
• 第三章 双向Buck/Boost变换器系统建模及控制器设计34-60
• 3.1 混合动力汽车用双向Buck/Boost变换器控制策略34-36
• 3.2 启动模式控制设计及实验验证36-40
• 3.2.1 启动模式电路建模37-38
• 3.2.2 启动模式控制器设计38-40
• 3.3 电驱动/再生制动模式控制设计及实验验证40-53
• 3.3.1 电驱动/再生制动模式电路建模41-46
• 3.3.2 电驱动/再生制动模式控制器设计46-48
• 3.3.3 电驱动模式实验验证48-50
• 3.3.4 再生制动模式实验验证50-53
• 3.4 电池充电模式控制设计及实验验证53-60
• 3.4.1 电池充电模式电路建模53-54
• 3.4.2 电池充电模式控制器设计54-56
• 3.4.3 电池充电模式实验验证56-60
• 第四章 混合动力汽车用双向Buck/Boost变换器模式切换实验60-76
• 4.1 混合动力汽车用双向Buck/Boost变换器模式切换策略60-61
• 4.2 模式切换实验平台介绍61-67
• 4.2.1 双向Buck/Boost变换器模式切换硬件实验平台介绍61-65
• 4.2.2 双向Buck/Boost变换器人机交互界面介绍65-67
• 4.3 双向Buck/Boost变换器模式切换实验67-73
• 4.3.1 双向Buck/Boost变换器单一模式切换实验67-71
• 4.3.2 双向Buck/Boost变换器总模式切换实验71-73
• 4.4 效率测试73-76
• 第五章 总结与展望76-77
• 5.1 本文工作总结76
• 5.2 未来工作展望76-77
• 参考文献77-82
• 附录A 变换器建模设计82-88
• 附录B 实验样机照片88-89
• 攻读硕士期间发表的论文89-90
• 致谢90

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