车载充电机的设计及其控制策略的研究
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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
Thesis Submitted to Shanghai JiaoTong University for the Degree of Engineering Master
Second, each function model’s hardware and software is designed according to the plan.The charging method for electric vehicle is designed, especially for the high and low voltage charging. PID control algorithm is used to the controller; it can control the voltage and current in the circuit.
DESIGN RESEARCH OF ELECTRIC VEHICLE CONVERTER AND ITS CONTROL STRATEGY
M.D Candidate: Bai Ting Supervisor（I）： Lu Tongli Supervisor（II）：Lv Jinpeng Speciality： Vehicle Engineering
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： 日期： 年 月 日
指导教师签名： 日期： 年 月 日
上海交通大学工程硕士学位论文
摘要
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。
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
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。
II
上海交通大学工程硕士学位论文
摘要
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
Finally,The vehicle charger’s performance is updated and the system is simulated while the hardware and software design is finished. Though build up the test bench, The function of charger sample is tested. And the temperature changes test, protection test, vibration test, EMC test are performed. The control method is correct base on the result of validation,the design target can be reached.
KEY WORDS: Electric Vehicle; Vehicle Charger; Charge performance; System design
IV
上海交通大学工程硕士学位论文
目录
目录
摘要………………………………………………….………………………Ⅰ ABSTRACT…………………………………………….……………….……Ⅲ 目录………………………………………………….……………………..IV
School of Mechanical Engineering Shanghai Jiaotong University Shanghai,P.R.China
April,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。
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。
First, the system of vehicle charging is analyzed in this paper, and corresponding functional subsystem is divided. The function of each subsystem model is described. Each connector is defined according to each model’s function. Set up the vehicle charger’s running parameter and the measure requirements to the voltage and current.
To build vehicle charging system mathematic model and applying to suitable control strategy to perform simulation analysis is not only convenient to flexible adjusting design scheme and optimizing design parameter, but also decreases scientific research cost, shorten develop cycle. Thus it is necessary to simulate vehicle charging system and its control strategy for better research of electric vehicle total performance.
III
上海交通大学工程硕士学位论文
ABSTRACT
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
DESIGN RESEARCH OF ELECTRIC VEHICLE CONVERTER
AND ITS CONTROL STRATEGY
ABSTRACT
The new generation of vehicle charged by the vehicle charger has become the product that is developed by many big automobile companies of the world. Vehicle charger is the high efficiency, safety and save resource, which is considered to be develop trend charge method for electric vehicle in future.
Compared to vehicle charger, Non-car charger system is large and complex, high cost of its construction. It cann’t fulfill flexible and fast charging. And In the control precision, reliability, there is obviously insufficient.Vehicle charge can create high efficiency, safe and reliable vehicle charging process.
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
Thesis Submitted to Shanghai JiaoTong University for the Degree of Engineering Master
Second, each function model’s hardware and software is designed according to the plan.The charging method for electric vehicle is designed, especially for the high and low voltage charging. PID control algorithm is used to the controller; it can control the voltage and current in the circuit.
DESIGN RESEARCH OF ELECTRIC VEHICLE CONVERTER AND ITS CONTROL STRATEGY
M.D Candidate: Bai Ting Supervisor（I）： Lu Tongli Supervisor（II）：Lv Jinpeng Speciality： Vehicle Engineering
学位论文作者签名：
日期： 2013 年 4 月 15 日
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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。
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摘要
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。
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
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。
II
上海交通大学工程硕士学位论文
摘要
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
Finally,The vehicle charger’s performance is updated and the system is simulated while the hardware and software design is finished. Though build up the test bench, The function of charger sample is tested. And the temperature changes test, protection test, vibration test, EMC test are performed. The control method is correct base on the result of validation,the design target can be reached.
KEY WORDS: Electric Vehicle; Vehicle Charger; Charge performance; System design
IV
上海交通大学工程硕士学位论文
目录
目录
摘要………………………………………………….………………………Ⅰ ABSTRACT…………………………………………….……………….……Ⅲ 目录………………………………………………….……………………..IV
School of Mechanical Engineering Shanghai Jiaotong University Shanghai,P.R.China
April,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。
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。
First, the system of vehicle charging is analyzed in this paper, and corresponding functional subsystem is divided. The function of each subsystem model is described. Each connector is defined according to each model’s function. Set up the vehicle charger’s running parameter and the measure requirements to the voltage and current.
To build vehicle charging system mathematic model and applying to suitable control strategy to perform simulation analysis is not only convenient to flexible adjusting design scheme and optimizing design parameter, but also decreases scientific research cost, shorten develop cycle. Thus it is necessary to simulate vehicle charging system and its control strategy for better research of electric vehicle total performance.
III
上海交通大学工程硕士学位论文
ABSTRACT
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
DESIGN RESEARCH OF ELECTRIC VEHICLE CONVERTER
AND ITS CONTROL STRATEGY
ABSTRACT
The new generation of vehicle charged by the vehicle charger has become the product that is developed by many big automobile companies of the world. Vehicle charger is the high efficiency, safety and save resource, which is considered to be develop trend charge method for electric vehicle in future.
Compared to vehicle charger, Non-car charger system is large and complex, high cost of its construction. It cann’t fulfill flexible and fast charging. And In the control precision, reliability, there is obviously insufficient.Vehicle charge can create high efficiency, safe and reliable vehicle charging process.