基于开关磁阻电机的混合动力汽车42V电气系统研究

【摘要】： 随着汽车电子技术的不断发展及人类对汽车的功能寄予更高的需求,今后对汽车在燃油消耗、废气排放、动力及舒适性方面的要求会越来越高。其中,车辆电子化、电动化是今后汽车产业发展的趋势。为此,大量高新技术应用在汽车上,伴随而来的是汽车用电量的迅速增长。传统的14V汽车电气系统(电池电压为12V)的极限功率仅为3KW左右,已经无法满足需要,而且电功率的增加,导致了电流的增加,汽车将采用更粗的导线,增加了汽车成本和能源消耗。如果不增加电流,最有效的方法是提高汽车电气系统电压,42V电气系统作为下一代汽车电气系统标准电压已成为国际上的共识。 在新的混合动力汽车电气系统中,有两种可行性方案：一种是全42V电气系统；另一种是42V/14V混合电气系统。前者会对当前的汽车制造工业造成较大冲击,后者则具较大的兼容性。本文在综合国内外相关研究的基础上,对42V／14V电气系统在汽车上的应用进行了较系统的研究。主要研究内容如下： 首先,本文分析了汽车电气系统升压的原因,介绍了国内外汽车电气系统的发展情况及技术动向。探讨了汽车42V电气系统对关键部件例如发动机、蓄电池及整车的影响。 其次,本文研究并比较了目前混合动力汽车用几种蓄电池方案和混合动力汽车42V电气系统阀控式密封铅酸VRLA (Valve Regulated Lead Acid)蓄电池充电方法。探讨了混合动力汽车DC/DC变换器的拓扑结构,并提出了提高DC/DC变换器效率的有效方案。 最后,介绍了42V/14V电气系统的核心装置——起动发电一体化系统(ISG)装置,提出了一种基于开关磁阻电机的ISG系统设计方案,分析了汽车电源升压产生的瞬态高压和电磁干扰并阐述了基本抑制方法。在理论研究的基础上完成了开关磁阻电机起动实验和调试,验证了基于开关磁阻电机的ISG系统能满足42/14V电气系统的需要。 目前,汽车电气系统由14V向42V发展已经是必然趋势,作为过渡阶段,会存在42V/12V混合电气系统,这为国内的汽车及汽车零部件厂商发展带来了冲击、机遇和挑战,同时,这将给汽车产业带来新一轮的电气技术革命。 【关键词】：42V系统 DSP DC/DC 起动发电 开关磁阻电机
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：U463.6
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 引言12
• 1.2 混合动力汽车电气系统的高电压化12-13
• 1.2.1 14V电气系统12-13
• 1.2.2 汽车电气系统升压原因13
• 1.3 42V汽车电气系统13-17
• 1.3.1 42V汽车电气系统概述13-14
• 1.3.2 42V汽车电气系统优点14
• 1.3.3 42V汽车电气系统缺点14-15
• 1.3.4 42V电气系统的实现方案15-16
• 1.3.5 42V电气系统发展概况16-17
• 1.4 基于开关磁阻电机的混合动力汽车ISG系统17-18
• 1.4.1 基于开关磁阻电机的ISG系统简介17-18
• 1.4.2 ISG系统国内外发展现状18
• 1.5 本论文的主要研究内容18-20
• 第二章 42V电气系统蓄电池及DC/DC变换器设计20-39
• 2.1 汽车蓄电池20-26
• 2.1.1 汽车蓄电池应该具备的特性20-21
• 2.1.2 酸性蓄电池及其充电特性21-22
• 2.1.3 混合动力汽车42V电气系统用VRLA蓄电池的充电方法22-23
• 2.1.4 碱性蓄电池23-24
• 2.1.5 各种车用蓄电池性能比较24-26
• 2.2 DC/DC变换器拓扑结构26-35
• 2.2.1 DC/DC基本拓扑结构26-30
• 2.2.2 混合动力汽车DC/DC变换器的结构30-35
• 2.3 混合动力汽车42V电气系统的DC/DC变换器的高效化35-38
• 2.3.1 小型高频化35
• 2.3.2 DC/DC变换器高效化35-38
• 2.4 本章小结38-39
• 第三章 开关磁阻电机ISG系统理论研究39-48
• 3.1 ISG系统39-40
• 3.1.1 ISG起动发电一体化39-40
• 3.1.2 混合动力汽车ISG系统40
• 3.2 开关磁阻电机ISG系统体系构成40-46
• 3.2.1 开关磁阻电机调速系统40-43
• 3.2.2 功率变换器拓扑结构43-46
• 3.2.3 控制器46
• 3.3 开关磁阻电机起动/发电一体化系统功能46-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第四章 ISG系统数字控制硬件设计48-59
• 4.1 控制系统硬件结构框图48-49
• 4.2 TMS320F2812 DSP控制系统49-51
• 4.2.1 TMS320F2812 DSP49-50
• 4.2.2 DSP控制系统设计50-51
• 4.3 系统硬件电路设计51-57
• 4.3.1 IPM驱动电路51-54
• 4.3.2 电源电路54-55
• 4.3.3 键盘和显示电路55-56
• 4.3.4 电流检测电路56
• 4.3.5 DSP最小系统56-57
• 4.4 电气系统的抗干扰57-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第五章 ISG系统软件设计及实验59-64
• 5.1 ISG软件开发平台59
• 5.2 ISG硬件开发平台59-61
• 5.3 实验及结论61-64
• 5.3.1 电动实验61-62
• 5.3.2 发电实验62
• 5.3.3 实验结论62-64
• 第六章 全文总结与展望64-66
• 6.1 全文总结64-65
• 6.2 展望65-66
• 参考文献66-69
• 致谢69-70
• 硕士期间发表的论文70

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