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基于两级电路的隔离型高效率车载充电机研究
| 论文题名： | 基于两级电路的隔离型高效率车载充电机研究 |
| 关键词： | 电动汽车;车载充电机;电路拓扑;交错Boost变流器;功率因数校正器;LLC谐振变流器;参数优化 |
| 摘要： | 车载充电机(On-Board Charger，OBC)是电动汽车(Electric Vehicle，EV)的一个关键部件，作为车载设备，OBC须具有高效率、高功率密度和电气隔离的特点，还必须能够为电池负载提供较宽范围充电电压。基于以上要求，OBC常采用两级式电路作为其电路拓扑，但两级电路的成本较高、效率、功率密度较低。本论文选择交错Boost变流器(Interleaved Boost Converter，IBC)+LLC谐振变流器作为OBC的电路拓扑，对IBC和LLC谐振变流器进行了详细的建模，挖掘出了影响OBC效率的内在参数，对OBC进行了优化。 本论文采用解析法计算了IBC的效率，发现其是开关频率、Boost电感值和母线电压的函数。基于上述发现，结合Boost电感磁芯最大磁通密度和电流纹波的限制，提出了一种综合优化方法，在不增加硬件成本的前提下，对IBC的三个内在参数进行了优化设计，提高了IBC的效率。所提出的优化设计方法为工业界开发低成本高效率高功率密度IBC提供了理论支持和实践指导。 本论文采用时域法计算了LLC谐振变流器在谐振点处的效率，发现其是谐振频率和励磁电感的函数，进而对LLC谐振变流器的谐振频率和励磁电感进行了优化。为工业界开发出高效率、高功率密度LLC谐振变流器提供了一种思路。 本论文采用基波近似分析法(Fundamental Harmonic Approximation，FHA)计算得到了LLC谐振变流器的最大输出电压与谐振电感之间的关系曲线，以及最小开关频率与谐振电感之间的关系曲线。发现最大输出电压和最小开关频率分别决定了谐振电感的上限值和下限值，并据此对谐振电感进行了优化设计。所提出的设计方法可帮助工业界开发出高功率密度、宽增益LLC谐振变流器。 本论文采用时域分析法计算了LLC谐振变流器中的磁性元件(谐振电感和变压器)在最恶劣工况下的最大励磁电流和最大谐振电流，并据此准确地设计了磁性元件，保证磁性元件在较宽频率范围内安全工作。 本论文采用能量法计算了变压器的原边漏感，并将其考虑到谐振电感的设计过程中，提高了谐振参数的设计精度。 本论文的出发点是在成本受到限制时，通过优化设计OBC的内部参数，使OBC能在更宽的输出电压范围下以更高的效率给电池充电。主要的难点在于:在提高OBC的效率的同时还须拓宽OBC的充电电压范围。而本课题所提出的优化设计方法能很好地解决上述两个问题，且均通过样机的实验得到证实。 |
| 作者： | 徐恒山 |
| 专业： | 电气工程；电力电子与电力传动 |
| 导师： | 黄永章 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 华北电力大学(北京) |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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