毕业论文-30A60V电动汽车充电器控制电路的设计

II毕业设计（论文）任务书附表一题目来源：横向课题名称30A/60V电动汽车充电器控制电路的设计设计人姓名学号指导教师姓名、职称指导时间/地点每周二/周四导师办公室/实验室专业班级一、设计（论文）内容依据电动汽车充电电池的接收特性曲线的走势以恒流充电、恒压充电交替进行的方式对其分段，构造出一条新的符合接收特性变化特点且能缩短充电时间的充电特性曲线。设计电路使这种充电方式能够实现，且在恒流向恒压、恒压向恒流转变时实现充电模式智能切换。并能在各个阶段维持充电电流、电压的恒定。将电动汽车电池充电时充电电流和充电电压进行实时采样，并通过PI调节的比例积分环节使其与不同阶段需达到的恒流或恒压值（由单片机控制产生不同占空比的PWM方波实现）进行比较，将两者误差进行放大，通过后端连接SG3525芯片的调节作用，控制前端开关电源IGBT部分产生占空比增加或缩小的交流方波，使其输出端的稳压、稳流值增大或减小，通过反馈作用使误差值和设定值的误差向逐渐减小的趋势进行，直至每阶段的采样电流/电压值与恒流/恒压要求的数值一致，由SG3525进行状态稳定。利用二极管的单向导通特性，在控制电路电流调节和电压调节输出端分别连接二极管，通过设定正确的电流/电压参考值，使控制电路电流调部分和电压调节部分输出端在不同的恒流、恒压阶段交替起作用。即电流调节部分的二极管正向导通时，电压调节部分的二极管关断；反之亦然。最终达到根据充电接收特性走势实现分阶段恒流、恒压的自动切换并在每阶段保持充电电流、充电电压值稳定的预期设计目标。二、设计（论文）的主要技术指标按照充电进行的顺序，分别是30A恒流充电（此时充电电压逐渐升高），70.4V恒压充电（此时充电电流逐渐减小），15A恒流充电（此时充电电压逐渐升高），72.4V恒压充电（此时充电电流逐渐减低），充电电流降到3A时充电器停机，待电池端电压降至68.8V时重新启动，以恒压68.8V并限制电流在3A以内进行浮充充电。通过单片机产生的不同恒流恒压阶段的基准值（最大值5V，频率为25KHz的占空比可调PWM方波），在不同充电阶段其占空比分别为：30A(10.937us/40us)，15A(5.000us/40us)，3A(0.5625us/40us)，70.4V(13.375us/40us)，72.4V(13.831us/40us)，68.8V(13.000us/40us)。控制电路输出端电压送入PWM控制芯片SG3525的1管脚（比较器反相输入端），与2管脚（比较器同相输入端）固定基准电压2.5V进行比较，根据采样电流、电压的实时变化，通过芯片对前端电路IGBT部分进行调控，使其输出电压稳定在2.5V。电路中采用一个四运放集成块LF347一个双运放集成块TLC2272，均为双电源供电，供电电压±5V，来完成对电流电压的调整和比较作用。在验证控制电路可行性方面利用仿真软件完成。首先通过确定不同充电阶段电流电压的采样值和输出值(2.5V)逆向调试得出对应的给定方波占空比，再由得到的方波占空比正向模拟充电过程，验证理论推断的可行性。II三、进度安排2012.2.20~2012.2.27通过相关现有技术查阅资料论证设计方案的可行性，准备开题答辩。2012.2.27~2012.3.5完成开题答辩，着手准备进行具体设计。2012.3.51~2012.3.12对国内外电动汽车充电电路控制系统资料进行查阅，准备外文文献翻译。2012.3.12~2012.4.9在现有技术的基础上根据控制电路实现功能进行模块化设计，由每个模块的具体实现功能选择实现方式和电路。通过每星期的导师指导论证其可行性，并及时进行修改。与同学进行讨论学习，了解前端电路开关电源部分和后端单片机控制部分的工作原理，使对电路有更好的全局把握。2012.4.91~2012.4.23在电路框架的基础上对其进行细化，对实现电路功能的参数选择进行讨论与设定，根据实际应用场合的不同要求，尽可能使参数理论值接近实际应用的需要。2012.4.23~2012.4.30对理论计算得出参数值利用仿真软件进行电路仿真，观察实验结果，分析产生错误的原因，并对参数进行不断调试，通过对不同输出值的比较敲定最佳实现方案。2012.4.30~2012.5.27根据两个月来的理论分析和实际操作过程，通过参考大量的相关资料文献，着手进行毕业论文的编写。及时与导师进行沟通，得到修改意见。2012.5.25~2012.6.10提交论文终稿并完成论文答辩。四、毕业设计（论文）提交的文档及基本要求1．毕业论文一份（包含封皮、目录、中英文摘要、内容及参考文献）2．不少于5000汉字的科技翻译资料一份3、毕业论文简介（A4纸1~2页）（包含题目、专业、年级、姓名、指导教师、毕业论文所做的工作、解决的问题、创新之处等）4．毕业设计任务书5．开题报告6．毕业设计工作中期检查表III毕业设计（论文）开题报告附表二课题名称30A/60V电动汽车充电器控制电路的设计学生姓名学号专业班级电子信息工程五班一、选题的目的意义电动汽车行业在近些年来迅速发展崛起，作为重要其中的动力系统，如何延长电动汽车充电电池的循环使用寿命已成为现阶段影响电动汽车发展最核心的技术问题之一。除去充电电池在使用时由于自身物理特性造成的性能损耗，错误的充电方式和充电习惯才是造成电池使用寿命缩短的最主要原因。因此，研究符合电池接收能力的智能充电系统有着十分重要的意义。本论文所要研究的控制电路可以在开关电源和单片机的配合下，自动完成恒流、恒压充电模式的切换，构造出一条吻合电池接收特性曲线走势的充电曲线，在不伤害电池的情况下智能完成充电过程。二、国内外研究综述王维斌在《间歇式脉冲三段式充电器的设计》中介绍了适用于电动车高性能铅酸蓄电池的间歇式脉冲三段式的设计方法。具体介绍了三段式：恒流阶段、恒压阶段、涓流阶段的工作原理、优缺点和实现方法；并实现了三段充电的自动智能切换。不仅对铅酸蓄电池有良好的充电效果，而且对电池的充电损耗有修复功能，可大大提高蓄电池的使用寿命。YiranHu和StephenYurkovich在BatteyStateofChargeEstimationinAutomotiveApplications中说明了在现代电动车管理系统中运用自控系统对充电过程进行分阶段调控的重要性。介绍了多种对电动车不同充电状态进行估算的方法，并对其优缺点进行了详细的对比。论证了根据电池在不同状态的估算结果采用合适的充电方式的必要性。三、毕业设计（论文）所用的方法首先对论文课题进行可行性分析论证，通过查阅资料对现有的电动汽车电池充电方式进行研究和分析，理解各充电方式的实现手段及优缺点。以现在最为常见的三段式充电为理论基础，继续对充电阶段进行细化，使其更加符合充电电池接收特性曲线的走势，并考虑其实现智能切换充电模式并在每阶段保持恒定电流值/电压值的实现方式。先构造电路框架，再由每部分的具体功能选择实现方式和电路，得到具体电路框架。最后对运用仿真软件对实现效果进行验证。四、主要参考文献与资料获得情况[1]华中理工大学电子学教研室,康光华.电子技术基础(模拟部分)[M].第四版.北京:高等教育出版社,1999:277-310.[2]王远.模拟电子技术[M].第一版.北京:机械工业出版社,1994:312-317.[3]浙江大学电子学教研室,郑家龙,王小海.模拟集成电子技术教程[M].第一版.北京:高等教育出版社,2002:213-216.[4]北方交通大学冯敏昌.模拟集成电路系统[M].第二版.北京:中国铁道出版社,1998:167-180.[5]吴运昌.模拟集成电路原理与应用[M].第一版.广州:华南理工大学出版社,1995:198-201.五、指导教师审批意见签字：年月日IV毕业设计工作中期检查Ⅰ附表三2012年3月20日课题名称30A/60V电动汽车充电器控制电路的设计姓名专业和班级电子信息工程五班指导教师一、毕业设计具体内容、目标和可能遇到的问题毕业设计具体内容：电动汽车充电器的控制电路，它能够在与前端电路开关电源和后端单片机的配合下控制充电器自动完成不同充电阶段恒流充电和恒压充电的模式转换，并在各阶段稳定起作用电流值和电压值。设计目标：通过对充电电流和充电电压进行采样，并将其与恒流、恒压阶段的电流、电压设定值（通过单片机产生占空比可调的方波PWM信号实现，具体占空比数据需由对电路各阶段的仿真得到）通过PI调节器进行比较，通过后端芯片SG3525对前端电路开关电源的调控作用，逐渐减小两者间误差，直至趋于一致，并在各阶段稳定状态下保持恒定电流/电压值。可能遇到的问题：由于一个系统实现对多个不同阶段的作用，因此参数的选择十分重要（如运放的型号、所加电阻电容的取值等），需使其满足各个阶段的设计要求。模拟电子技术的实现是很有难度的，经验和知识覆盖面程度会对结果有产生很大的影响。另外，理论与实际的差别、电路仿真与实际应用之间的不同也是会遇到的问题。二、采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析首先对现有的充电器控制电路方面的相关技术进行学习和研究，和自己的基础构思进行比对，找出可用的部分和以前所没有注意到的问题，充实自己的设计思路并避免出现同样的失误。敲定设计方案后请导师对设计漏洞、设计思路进行讲解。将电路根据功能的不同将进行模块化，并将各模块具体的实现方式利用所学知识和查阅资料进行细化，确定各个部分的实现电路。围绕每个模块进行基本的参数选择分析，得出大致范围后整合所有模块对其进行调整。最终得出可实现功能的完整电路。由于模拟电路设计需要对所选参数进行不断的对比论证，仅根据资料所介绍的计算值并不一定能满足实际需求，但是一直在真实环境下进行实验并不现实。故决定采用仿真的方式，在大致参数确定后通过仿真对比发现问题，并进行优化。对于控制电路的研究已经有一定的理论和技术基础，加之仿真的环境提供了足够的调试空间，使设计能够在理论和实际的结合下完成。三、指导教师对学生出勤、文献阅读等方面的评语签字：年月日V毕业设计工作中期检查Ⅱ附表四2012年4月24日课题名称30A/60V电动汽车充电器控制电路的设计姓名专业和班级电子信息工程五班指导教师一、阶段性结果控制电路各组成模块已基本成型，主要通过运算放大器实现：包括放大、比例、积分电路等，其中比例积分电路对调整采样值使其最终吻合设定值起主要作用。在决定电流和电压的主导作用方面则利用了二极管的单向导通特性。为了更好地把握整体电路，对前端电路(开关电源部分)、后端电路(单片机控制部分)和调节电压电流值的PWM控制芯片3525也做了相应的研究和学习。通过导师和同组同学的讲解，对前端电路开关电源部分和后端单片机控制部分都有了简单的了解，对整体电路有了更好的把握，在具体的设计时也能一并考虑前后端的匹配连接问题。二、存在的问题电路需要作用在几个不同的阶段，每个阶段根据恒流恒压值的不同输入值都会发生变化，如何使用一套电路参数使其在变化的输入量环境下完成恒流恒压充电模式的自动切换。对于模拟电子技术来说，参数的选择是最重要的一环，但是理论值往往和实际值有差距，对经验不够丰富的人来说更增加了选择的困难。对于构成电路的基本模块来说，只有基础框架结构在实际操作中是远远不能满足要求的。如何综合考虑元器件的特性，在其基本结构上引入正确的辅助器件使其更符合实际应用的需求也是当前所遇到的问题。VI30A/60V电动汽车充电器控制电路的设计摘要：随着电动汽车产业的快速发展，对其各个部件的设计要求也有了很大提高。动力系统作为其中的核心环节，充电电池的各项性能指标对系统整体的性能有很大影响。而对于缺乏专业知识的消费者来说，充电电池的使用寿命成为了最直观的判断标准。除去由于充电电池物理特性造成的不可抗影响外，如何通过改变充电方式来延长其使用寿命已成为近些年研究的重点。本文通过对现有充电方式工作原理的分析对比，在三段式充电模式的基础上加入更多的恒流充电和恒压充电环节，提出了更加符合充电电池接收特性曲线的五段式充电模式。本文的研究核心——控制电路通过对比例放大电路和PI调节器的运