混合动力汽车42V电源系统研究

【摘要】： 汽车从批量生产到现在已经有100多年的历史,其中,车辆电子化、电动化取得了惊人的进展,伴随而来的是汽车用电量的迅速增加。专家预计到2010年电气方面功率会达到10kW,电流将会增加3倍以上,如不增加电流,最有效的方法是尽量提高汽车电源供电电压。电压最好能在人体安全电压范围(DC60V)以下,42V是一种解决办法。采用42V电源,可以直接减小导线尺寸和实现轻量化,从而降低成本。 在新的42V电源系统中,采用42V/14V双电压方案,对目前的电气系统冲击较小,过渡平缓。本文在综合国内外相关研究的基础上,对42V/14V双电压电气系统的技术发展以及现状进行了较系统的研究。主要研究内容如下: 首先,本文分析了汽车电源升压的原因,介绍了国内外的现状。研究探讨新型42V电源系统对汽车蓄电池的影响,介绍了混合动力车用蓄电池的特点,比较目前混合动力车用几种蓄电池的方案。因为42V/14V双电压共存,存在多种直流电压变换器,本文分析了DC/DC变换器的结构和原理,设计了高频斩波型和二重软开关两种DC/DC变换器模块方案。 其次,介绍了混合动力汽车42V一体化启动发电机系统装置的特点,叙述其工作原理和系统组成。提出了一种基于永磁同步电机ISG系统的设计方案。在对永磁同步电机理论研究的基础上,本文完成了对永磁同步电机起动的实验和调试。通过对实验样机做起动实验,验证了本文设计的ISG系统及电机的硬件驱动的可行性。 最后,汽车电源系统升压会产生更高的瞬态高压和更强的电磁干扰,本文简要分析了其产生的原因,阐述了基本的抑制方法。 目前汽车电源系统由14V电源向42V电源发展已经是必然的趋势。作为过渡阶段,对42V/14V双电压系统的研究将会是汽车界最近时期的一个重要内容。42V汽车电源系统标准的实施,将对汽车电器和电子设备带来巨大的冲击,同时业会给整个汽车界带来新一轮的电气技术革命。 【关键词】：42V系统 DC/DC变换器 集成启动发电 永磁同步电机
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：U463.6
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 前言9
• 1.2 汽车电气系统升压的原因9-11
• 1.3 42V汽车电气系统对传统汽车业的影响11-13
• 1.3.1 42V电气系统的概述11-12
• 1.3.2 42V电气系统的缺点12-13
• 1.4 42V电气系统的实现方案13-14
• 1.5 国内外研究现状14-16
• 1.6 本文所研究的内容16-17
• 第二章 42V系统蓄电池及DC/DC变换器设计17-31
• 2.1 汽车蓄电池特性17-20
• 2.1.1 目前各种车用蓄电池的性能比较18-20
• 2.1.2 蓄电池今后使用的技术问题20
• 2.2 汽车DC/DC变换器的结构20-22
• 2.2.1 隔离型DC/DC变换器20-21
• 2.2.2 非隔离DC/DC变换器21
• 2.2.3 双向电流工作的DC/DC变换器21-22
• 2.3 DC/DC变换器的技术现状22-26
• 2.3.1 小型轻量化22-23
• 2.3.2 高效化23-26
• 2.4 采用新型开关方式的DC/DC变换器的设计26-30
• 2.4.1 新型高频斩波型变换器26-28
• 2.4.2 二重化软开关DC/DC变换器28-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第三章 永磁同步电机ISG系统理论研究31-40
• 3.1 ISG系统技术特点31-32
• 3.2 起动/发电系统选型32-33
• 3.3 永磁同步电机起动/发电一体化系统构成33-38
• 3.3.1 永磁同步电动机结构及特点33-35
• 3.3.2 永磁同步电动机调速原理35-37
• 3.3.3 功率变换器拓扑结构综述37-38
• 3.4 永磁同步电机起动/发电一体化系统基本功能38-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第四章 ISG系统的硬件实现40-63
• 4.1 主电路的选型40-44
• 4.1.1 主功率模块选型40-42
• 4.1.2 主电容选型42
• 4.1.3 吸收回路选型42
• 4.1.4 控制器选型42-44
• 4.2 主电路的组成44-62
• 4.2.1 变换器主电路的设计44-50
• 4.2.2 DSP控制控制系统单元的设计50-52
• 4.2.3 ADC信号采集的设计52-54
• 4.2.4 键盘和显示的设计54
• 4.2.5 辅助电源的设计54-56
• 4.2.6 IPM驱动电路56-62
• 4.3 本章小结62-63
• 第五章 对42V电气系统电磁干扰和瞬态高压的抑制63-66
• 5.1 42V电气系统对于继电器的影响63-64
• 5.2 关于电磁干扰的抑制64
• 5.3 关于瞬态高压的抑制64-65
• 5.4 本章小结65-66
• 第六章 ISG系统相关仿真及实验66-69
• 6.1 ISG实验硬件平台66
• 6.2 ISG实验软件平台66-68
• 6.3 实验结果与分析68-69
• 第七章 全文总结与展望69-71
• 7.1 本文主要的研究如下:69-70
• 7.2 后续研究工作的展望70-71
• 参考文献71-74
• 致谢74-75
• 附录 硕士在读期间发表论文75

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