混合动力汽车用双向dcdc变换器研究与实现(附件)【字数：17395】
摘 要随着能源、环保等问题的日益突出，电动汽车成为近年来发展迅速的一种新型汽车，是21世纪最具有发展前途的绿色清洁汽车。电动汽车是用电池替代传统的汽油作为车载能源的，然而在现有的技术条件下，动力电池的性能是电动汽车发展的主要瓶颈。双向DC-DC变换器可以优化电动机控制、提高电动汽车整体的效率和性能。通过对双向DC-DC变换器的拓扑结构的分析比较，决定采用双向半桥变换器的运行模式进行了详细分析，根据双向DC-DC变换器的设计要求，确定了双向半桥变换器的元器件参数，使用仿真软件MATLAB/Simulink建立了双向DC-DC变换器的仿真模型，仿真结果证明理论分析和计算的正确性。在此基础上，讨论了双向DC-DC变换器在实际系统中的实现，主要包括了硬件设计和软件设计两部分。最后分析了双向DC-DC变换器损耗的主要组成，每部分损耗的分析及其计算，并讨论了变换器的总体效率以及影响变换器效率的主要因素。
目 录
第一章 绪论 5
1.1课题背景和意义 5
1.2双向DCDC变换器概述 6
1.3双向DCDC变换器在电动汽车上的应用 10
1.4论文的主要研究内容和结构 12
第二章 双半桥双向DCDC变换器工作原理与结构分析 14
2.1电动汽车双向DCDC变换器 14
2.2双半桥双向DCDC拓扑结构的选择与分析 15
2.3变换器等效电路 17
2.4正向/反向模式下的软开关条件 19
2.5本章小结 21
第三章 双半桥双向DCDC变换器稳态特性分析与设计 22
3.1双向变换器输出特性分析 22
3.2变换器设计 24
3.3本章小结 25
第四章 仿真验证 26
4.1 建模 26
4.2 仿真与结果分析 28
4.3本章小结 30
结束语 32
致 谢 33
参考文献 34
第一章 绪论
1.1课题背景和意义
随着当前全球科学技术水平的不断提升，工业化进程一直在不断推进，造成现阶段全世界范围内的能 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
源短缺以及环境污染。近几年来环境问题以及能源问题一直在不断的恶化，使得各个国家开始想办法使能源效率得到有效的提升，从而对能源结构进行改善。参考[1]寻找可再生清洁能源同时探索其他方法，从而推动能源的可持续发展。我国在2006年进行了《可再生能源法》的颁布，通过这项战略性法规把可再生能源的发展提升到国家战略层面，同时对未来的能源发展提供足够的支持。
在2009年所举办的中国汽车工业发展国家论坛上面，我国科学技术部的长部长曾提到过，电动汽车所使用的电力作为全新的交通能源已经成为世界主要国家的共同战略选择。在各国政府全力推进和发展下,全球汽车制造业步入全面转换能源运输的阶段,越来越多的公司已经在有意识地开发新能源汽车,环保清洁汽车和电力汽车,他们在未来的发展目标上已经达成了共识,并推动了变革。
“十五”将混合动力汽车作为我国的一个攻关项目,明确发展中国电动汽车的目标,集中精力发展。首先是燃料电池汽车,第二是混合动力汽车,基本原则为同时兼顾纯电动汽车。通过电力代替汽柴油已经成为了当前全世界汽车行业的一个制高点。对于电动汽车来说，其所具有的工业价值链将成为汽车制造的心脏,电动汽车行业链都将受益。
电动汽车的系统动态性能目前很差,无法满足双向流动的能量(制动过程中能量吸收率低)使得它们在诸如能量来源方面不能完全独立。这使得多能源动力系统变成了一种可行的方式。对于具备不同类型的电气特性的多种装置来说，其装置之间所存在的差异一般情况下都是很大的，怎样利用相应的机制确保能量混合动力系统具有可靠性、稳定性是当今需要解决的一个主要问题，这对于车辆性能的改进至关重要。
对于现在市面上所指的双向DCDC变换器电动汽车来说，主要包括纯电动汽车以及混合动力电动汽车等，对于双向DCDC变换器电动汽车的系统里面的一系列关键部件,关系着双向流动是否能够实现，能源效率能否改进的关键环节。
在目前的设计中，使用DCDC变换器的大容量的不同类型的电动汽车将会消耗大量的能量和低效率的能量转换，通常不知道软的输出特性，例如燃料电池。燃料电池输出特性。它不仅可以提高燃料电池的输出特性，而且还能更有效地延长燃料电池的寿命。
本文在PWM控制策略中，设计了一个双向DCDC变换器，它的拓扑结构是两个半桥和两个端口。更重要的是，要研究燃料电池电动汽车的未来发展方向，这对于研究未来新能源汽车的发展有着直观重要的意义。
作为一个核心的部件，电源转换器所运用的主要技术就是电力电子技术，其以半导体器件作为转换器的开关，对晶体管的开关进行控制，并停止时间关系，调整输出电压，稳定输出。1980年代初的计算机组成中断装置首次电源集中,计算机开关电源九十年代被广泛用于各种电气电子设备、开关、电力、通信、编入强权测试设备电源和设备采购订单。
在开关交换力量发展的历史上，现在已经是第五代。第一代从上世纪70年代初开始，从线性到断电;第二代，1976年，开始获得UL认证;第三代从1980中期以来，全球普遍使用中断装置,以确保发展电源以便为了能局限于北美或日本,输入电压要在85265V范围内,相应的标准和其他安全措施也被考虑在内;在20世纪90年代中期的第四代，欧盟要求EMC(电磁兼容)，包括对PFC谐波的高要求;现在进入第五代，2006年7月，欧盟将实施RoHS规则，以限制使用有毒物质，从而产生新一代的电子产品。
开关高频电源是发展其导向性、高频、微型化电源的转换器,适用范围更广，在一定范围内的电源,尤其是在一些转换器的高新技术领域里面进行使用，可以使产品朝着小型化发展，例如日常我们所使用到的笔记本电脑。开发和应用断路器对于节约能源和保护环境等一些方面至关重要。
现阶段，对于市面上常见的开关电源上面的功率管来说，大多都是使用的双极晶体管，这使得其开关的频率能够实现几十千赫兹;而对于MOSFET交换器来说，其最高的频率可以达到数百KHz。为了提高换向频率，必须使用高速换向装置。对于超过兆赫兹以上的频率，共振电路可以被使用，这被称为共振交换模式。它可以大大提高换向速度，从理论上讲，减值损失是零，而且噪音非常低，这是一种提高断路器运行频率的方法。转换开关的MHZ转换器是很实用的。
目 录
第一章 绪论 5
1.1课题背景和意义 5
1.2双向DCDC变换器概述 6
1.3双向DCDC变换器在电动汽车上的应用 10
1.4论文的主要研究内容和结构 12
第二章 双半桥双向DCDC变换器工作原理与结构分析 14
2.1电动汽车双向DCDC变换器 14
2.2双半桥双向DCDC拓扑结构的选择与分析 15
2.3变换器等效电路 17
2.4正向/反向模式下的软开关条件 19
2.5本章小结 21
第三章 双半桥双向DCDC变换器稳态特性分析与设计 22
3.1双向变换器输出特性分析 22
3.2变换器设计 24
3.3本章小结 25
第四章 仿真验证 26
4.1 建模 26
4.2 仿真与结果分析 28
4.3本章小结 30
结束语 32
致 谢 33
参考文献 34
第一章 绪论
1.1课题背景和意义
随着当前全球科学技术水平的不断提升，工业化进程一直在不断推进，造成现阶段全世界范围内的能 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
源短缺以及环境污染。近几年来环境问题以及能源问题一直在不断的恶化，使得各个国家开始想办法使能源效率得到有效的提升，从而对能源结构进行改善。参考[1]寻找可再生清洁能源同时探索其他方法，从而推动能源的可持续发展。我国在2006年进行了《可再生能源法》的颁布，通过这项战略性法规把可再生能源的发展提升到国家战略层面，同时对未来的能源发展提供足够的支持。
在2009年所举办的中国汽车工业发展国家论坛上面，我国科学技术部的长部长曾提到过，电动汽车所使用的电力作为全新的交通能源已经成为世界主要国家的共同战略选择。在各国政府全力推进和发展下,全球汽车制造业步入全面转换能源运输的阶段,越来越多的公司已经在有意识地开发新能源汽车,环保清洁汽车和电力汽车,他们在未来的发展目标上已经达成了共识,并推动了变革。
“十五”将混合动力汽车作为我国的一个攻关项目,明确发展中国电动汽车的目标,集中精力发展。首先是燃料电池汽车,第二是混合动力汽车,基本原则为同时兼顾纯电动汽车。通过电力代替汽柴油已经成为了当前全世界汽车行业的一个制高点。对于电动汽车来说，其所具有的工业价值链将成为汽车制造的心脏,电动汽车行业链都将受益。
电动汽车的系统动态性能目前很差,无法满足双向流动的能量(制动过程中能量吸收率低)使得它们在诸如能量来源方面不能完全独立。这使得多能源动力系统变成了一种可行的方式。对于具备不同类型的电气特性的多种装置来说，其装置之间所存在的差异一般情况下都是很大的，怎样利用相应的机制确保能量混合动力系统具有可靠性、稳定性是当今需要解决的一个主要问题，这对于车辆性能的改进至关重要。
对于现在市面上所指的双向DCDC变换器电动汽车来说，主要包括纯电动汽车以及混合动力电动汽车等，对于双向DCDC变换器电动汽车的系统里面的一系列关键部件,关系着双向流动是否能够实现，能源效率能否改进的关键环节。
在目前的设计中，使用DCDC变换器的大容量的不同类型的电动汽车将会消耗大量的能量和低效率的能量转换，通常不知道软的输出特性，例如燃料电池。燃料电池输出特性。它不仅可以提高燃料电池的输出特性，而且还能更有效地延长燃料电池的寿命。
本文在PWM控制策略中，设计了一个双向DCDC变换器，它的拓扑结构是两个半桥和两个端口。更重要的是，要研究燃料电池电动汽车的未来发展方向，这对于研究未来新能源汽车的发展有着直观重要的意义。
作为一个核心的部件，电源转换器所运用的主要技术就是电力电子技术，其以半导体器件作为转换器的开关，对晶体管的开关进行控制，并停止时间关系，调整输出电压，稳定输出。1980年代初的计算机组成中断装置首次电源集中,计算机开关电源九十年代被广泛用于各种电气电子设备、开关、电力、通信、编入强权测试设备电源和设备采购订单。
在开关交换力量发展的历史上，现在已经是第五代。第一代从上世纪70年代初开始，从线性到断电;第二代，1976年，开始获得UL认证;第三代从1980中期以来，全球普遍使用中断装置,以确保发展电源以便为了能局限于北美或日本,输入电压要在85265V范围内,相应的标准和其他安全措施也被考虑在内;在20世纪90年代中期的第四代，欧盟要求EMC(电磁兼容)，包括对PFC谐波的高要求;现在进入第五代，2006年7月，欧盟将实施RoHS规则，以限制使用有毒物质，从而产生新一代的电子产品。
开关高频电源是发展其导向性、高频、微型化电源的转换器,适用范围更广，在一定范围内的电源,尤其是在一些转换器的高新技术领域里面进行使用，可以使产品朝着小型化发展，例如日常我们所使用到的笔记本电脑。开发和应用断路器对于节约能源和保护环境等一些方面至关重要。
现阶段，对于市面上常见的开关电源上面的功率管来说，大多都是使用的双极晶体管，这使得其开关的频率能够实现几十千赫兹;而对于MOSFET交换器来说，其最高的频率可以达到数百KHz。为了提高换向频率，必须使用高速换向装置。对于超过兆赫兹以上的频率，共振电路可以被使用，这被称为共振交换模式。它可以大大提高换向速度，从理论上讲，减值损失是零，而且噪音非常低，这是一种提高断路器运行频率的方法。转换开关的MHZ转换器是很实用的。
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