车载充电机的设计及其控制策略的研究

申请上海交通大学工程硕士学位论文车载充电机的设计及其控制策略的研究院系：机械与动力工程学院工程领域：车辆工程交大导师：鲁统利副教授企业导师：吕金鹏高工工程硕士：白婷学号：1100212142上海交通大学机械与动力工程学院2013年4月ThesisSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofEngineeringMasterDESIGNRESEARCHOFELECTRICVEHICLECONVERTERANDITSCONTROLSTRATEGYM.DCandidate:BaiTingSupervisor（I）：LuTongliSupervisor（II）：LvJinpengSpeciality：VehicleEngineeringSchoolofMechanicalEngineeringShanghaiJiaotongUniversityShanghai,P.R.ChinaApril,2013上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其它个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：2013年4月15日上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日上海交通大学工程硕士学位论文摘要II车载充电机的设计及其控制策略的研究摘要以车载充电机作为的新一代电动汽车的充电系统已经成为世界各大汽车公司竞相开发的产品。车载充电机是高效、安全、节能的充电设备，被普遍认为是未来电动汽车充电系统的发展方向。相对于车载充电机，非车载充电系统庞大复杂，需要的建设成本高，无法实现灵活快捷充电，并且在控制精度、可靠性方面存在明显不足。而车载充电设备却可以实现高效率、安全可靠的车载充电过程。通过建立车载充电系统数学模型并应用适合的控制策略进行仿真分析，不仅便于灵活的调整设计方案，优化设计参数，而且可以降低科研费用，缩短开发周期。因此为了更好的研究车载充电机的整车性能，对它的仿真及其控制策略的研究就显得非常必要。首先，本文对车载充电机的整体设计方案进行分析，划分出相应的功能子系统，对各个子系统进行了功能描述。在功能明确的基础上定义了各个模块的信号接口，并且设定了充电机的运行参数及电压电流的测量要求。然后，本文根据设计方案进行充电机各个功能模块的软硬件设计，提出了应用于电动汽车的充电控制策略，分别对高压充电及低压充电策略进行了设计。本论文车载控制器的控制算法采用了PID控制算法，对回路中的电压电流进行智能化控制。上海交通大学工程硕士学位论文摘要III最后，在软硬件实现的基础上进行了充电机的性能优化及系统仿真。通过搭建试验平台，对功能样机进行了功能检测及温升试验、防护试验、振动试验、电磁兼容试验。并对充电机的输出效率及动态响应特性进行了测试。验证了应用于车载充电机的控制策略的正确性，达到了预期的设计效果。关键词：电动汽车；车载充电机；充电性能；系统设计上海交通大学工程硕士学位论文ABSTRACTIVDESIGNRESEARCHOFELECTRICVEHICLECONVERTERANDITSCONTROLSTRATEGYABSTRACTThenewgenerationofvehiclechargedbythevehiclechargerhasbecometheproductthatisdevelopedbymanybigautomobilecompaniesoftheworld.Vehiclechargeristhehighefficiency,safetyandsaveresource,whichisconsideredtobedeveloptrendchargemethodforelectricvehicleinfuture.Comparedtovehiclecharger,Non-carchargersystemislargeandcomplex,highcostofitsconstruction.Itcann’tfulfillflexibleandfastcharging.AndInthecontrolprecision,reliability,thereisobviouslyinsufficient.Vehiclechargecancreatehighefficiency,safeandreliablevehiclechargingprocess.Tobuildvehiclechargingsystemmathematicmodelandapplyingtosuitablecontrolstrategytoperformsimulationanalysisisnotonlyconvenienttoflexibleadjustingdesignschemeandoptimizingdesignparameter,butalsodecreasesscientificresearchcost,shortendevelopcycle.Thusitisnecessarytosimulatevehiclechargingsystemanditscontrolstrategyforbetterresearchofelectricvehicletotalperformance.First,thesystemofvehiclechargingisanalyzedinthispaper,andcorrespondingfunctionalsubsystemisdivided.Thefunctionofeachsubsystemmodelisdescribed.Eachconnectorisdefinedaccordingtoeachmodel’sfunction.Setupthevehiclecharger’srunningparameterandthemeasurerequirementstothevoltageandcurrent.Second,eachfunctionmodel’shardwareandsoftwareisdesignedaccordingtotheplan.Thechargingmethodforelectricvehicleisdesigned,especiallyforthehighandlowvoltagecharging.PIDcontrolalgorithmisusedtothecontroller;itcancontrolthevoltageandcurrentinthecircuit.Finally,Thevehiclecharger’sperformanceisupdatedandthesystemissimulatedwhilethehardwareandsoftwaredesignisfinished.Thoughbuildupthetestbench,Thefunctionofchargersampleistested.Andthetemperaturechangestest,protectiontest,vibrationtest,EMCtestareperformed.Thecontrolmethodiscorrectbaseontheresultofvalidation,thedesigntargetcanbereached.KEYWORDS:ElectricVehicle;VehicleCharger;Chargeperformance;Systemdesign上海交通大学工程硕士学位论文目录V目录摘要………………………………………………….………………………ⅠABSTRACT…………………………………………….……………….……Ⅲ目录………………………………………………….……………………..IV第一章绪论............................................................................1 1.1课题背景和意义...............................................................1 1.2国内外研究现状综述............................................................3 1.2.1蓄电池的发展.................................................................................................................................3 1.2.2充电机的发展现状.........................................................................................................................3 1.2.3电动汽车充放电技术介绍.............................................................................................................5 1.3充电机的性能特征..............................................................5 1.3.1电动汽车的充电级别....................................................................................................................5 1.3.2充电机的充电形式........................................................................................................................6 1.3.3电动汽车的充电特征....................................................................................................................6 1.4论文的主要研究内容............................................................7 第二章系统需求分析.............................................................9 2.1方案选型......................................................................9 2.2功能描述.....................................................................10 2.3信号与接口定义....................