电动汽车全桥移相式车载充电电源技术的研究

目前,飞速发展的汽车工业正给我国带来日趋严重的环境污染和能源危机,电动汽车成为解决这两大问题的重要途径。然而,储能电池性能的改进无法与电动汽车发展速度相匹配,同时充电站位置固定、使用不便,因此非常有必要研制一种低成本、使用灵活的车载充电电源,随时随地进行能量补给,为车载充电技术大范围应用奠定基础。 恶劣的车载工况要求车载充电机必须具有尘密结构,只能采用自然冷却的散热方式,因此高效率成为其最重要的技术特点,同时还要具有对电网谐波污染小、重量轻、体积小、可靠性高、抗机械冲击及震动等特点。 结合电动汽车车载充电机的技术指标和防护等级,确定了充电电源的总体方案,采用前级有源功率因数校正电路和后级DC/DC变换电路两级结构,并对两级电路的具体实现形式进行了分析。一方面,分析了有源功率因数校正技术的原理和必要性,通过对比有源功率因数校正的不同电路拓扑结构和控制方式的优缺点,选定了适合本系统的单级Boost电路拓扑结构和相应的平均电流控制方式。另一方面,为了使充电电源在大范围负载条件下获得高效率,选择了移相控制全桥PWM变换器作为后级DC/DC变换器的拓扑结构。列出了多种移相控制全桥零电压开关PWM变换器的改进电路,通过对比其优缺点以及实现的难易程度,选择加入两个钳位二极管和谐振电感的改进型PWM变换器为最终方案。详细分析了该改进变换器的工作原理,对加入的辅助部分的功能进行了讨论,给出了超前臂和滞后臂实现零电压开关的不同条件以及影响副边占空比丢失的因素。 结合充电电源的解决方案以及技术指标,分别设计了前后两级电路主电路和控制电路的具体参数,分别利用Saber和PSPICE仿真软件对前后两级电路进行了仿真分析和参数优化。研制了一台2.4kW的电动汽车车载充电电源样机,在不同负载条件下分别对其进行了实验测试。实验结果表明,该车载充电电源具有很高的效率,同时对电网谐波污染小,可靠性高。