1、 1 湘潭大学毕业设计 文档汇编 题 目： 电动汽车充电桩设计 学 院： 兴湘学院 专 业： 自动化 学 号： 姓 名： 指导教师： 完成日期： 2016年 5 月 1 目录 一 、 毕业设计说明书 (论文 ) 二 、 毕业设计开题报告 三 、 毕业设计中期检查及评语 四 、 学生答辩记录表 五 、 文献翻译 1 湘潭大学兴湘学院 毕业设计说明书 题 目： 电动汽车充电桩设计 学 院： 兴湘学院 专 业： 自动化 学 号： 姓 名： 指导教师： 完成日期： 2016年 5 月 1 湘潭大学 毕业设计任务书 设计题目： 电动汽车充电桩设计 学号：姓名：专业： 自动化 指导教师： 系主任： 一、主
2、要内容及基本要求 主要内容： 设计基于 DC/DC 功率变换器的充放电控制系统的电动汽车充电桩，主要工作包括 PWM 整流逆变器的设计及其调制策略，控制策略；双向 DC/DC 变换器的主拓扑选型，实现系统对蓄电池先恒流再恒压的充电及恒流放电控制策略；建立实验仿真模型，对充电系统及其控制策略进行验证。 基本要求 ： （ 1） 掌握电动汽车充电桩设计的总体方案 （ 2） 掌握整流逆变器的工作原理，研究其调制策略控制策略 （ 3） 掌握双向 DC/DC 功率变换器的工作原理，研究其控制策略 （ 4） 学会建立适用于电动汽车充电电池的电池模型 （ 5） 实现 系统对电池先恒流再恒压的充电模式及恒流放电
3、模式 （ 6） 建立系统的仿真模型，对充电系统及控制策略进行验证 二、重点研究的问题 （ 1） 整流逆变 器的工作原理及其调制策略控制策略 （ 2） 双向 DC/DC 功率变换器的工作原理，研究其控制策略 （ 3） 系统对电池先恒流再恒压的充电模式及恒流放电模式 1 三、进度安排 序号 各阶段完成的内容 完成时间 1 查阅资料、工作条件准备 2016.1.16 之前 2 理解基本原理和设计方法 2016.1.172016.3.14 3 仿真模型搭建 和调试 2016.3.152016.4.21 4 中期检查 2016.4.21 5 系统改进和撰写毕业设计说明书 2016.4.222016.5.
4、10 6 修改毕业设计说明书 2016.5.112016.5.20 7 答辩 2016.5.21 四、应收集的资料及主要参考文献 1李俄收，吴文民 .电动汽车蓄电池充电对电力系统的影响及对策 .华东电力 2010 2李瑞生，周逢权，李献伟 .潮流控制的电动汽车智能化充电站 .电力系统保护与控制， 2010 3夏德建 .电动汽车研究综述 .能源技术经济， 2010 4李晓华，钱虹 .新能源汽车行业技术瓶颈及发展趋势 .电源技术， 2011 5袁琦 .可再生能源发电中的储能技术 .电力电容器与无功补偿， 2009 6宋晓芳，薛峰，李威等 .智能电网前沿技术综述 .电力系统通信， 2010 7寇凌峰
5、 .区域电动汽车充电站规划的模型与算法 .现代电力， 2010 8李瑾 .智能电网与电动汽车双向互动技术综述 .供用电技术， 2010 9李立理，周原冰 .我国发展电动汽车充电基础设施若干问题分析 .能源技术经济， 2011 10 鲁莽，周小兵，张维 .国内外电动汽车充电设施发展状况研究 .华中电力， 2010 11刘刚，胡四全，姚为正 .电池储能系统双向 PCS 的研制 .电力电子技术， 2010 12王兆安，黄俊 .电力电子技术 .北京 :机械工业出版社， 2002 13张崇巍，张兴 .PWM 整流器及其控制 .北京 :机械工业出版社， 2003 14 伍小杰，乔树通 .三相电压型 PWM
6、 整流器控制技术综述 .电机工程学报， 2005 15王英，陈辉明 .三相 PWM 整流器新型相位幅值控制 .中国电机工程学报， 2003 17唐杰，邹爱，李胜刚 .逆变器用 SPWM 波形发生器的设 计 .控制技术， 2010 2 湘 潭 大 学 毕业设计评阅表 学号姓名专业 自动化 毕业设计题目： 电动汽车充电桩设计 评价项目 评 价 内 容 选题 1.是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的； 2.难度、份量是否适当； 3.是否与生产、科研、社会等实际相结合。 能力 1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力； 2.是否有综合运用知识的能力； 3.是否具备
7、研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力； 4.是否具备一定的外文与计算机应用能力； 5.工科是否有经济分析能力。 论文 （设计）质量 1.立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范； 2.文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何； 3.有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。 综 合 评 价 评阅人： 年 月 日 1 湘潭大学 毕业设计鉴定意见 学号：姓名：专业： 自动化 毕业论文（设计说明书） 64 页 图表 张 设计题目： 电动汽车充电桩设计 内容提要： 目
8、前全世界对电动汽车的研究己经进入白热化，人们试图使其成为 21 世纪汽车的 发展主流。电动汽车充电设施是电动汽车产业链中不可忽视的重要组成部分 ,在大力发 展电动汽车产业的同时还应充分兼顾充电设施的发展，同时，电动汽车充电桩的设计 及其控制方法的研究对国家发展新能源方向也具有重要意义。 本课题主要研究纯电动汽车蓄电池的充电系统，基于 V2G 技术充电装置即结合三相 电压型 PWM 整流器和 DC/DC 变换器，实现可逆充放电，低谐波污染、提高网侧功率因数、 避免能量浪费。可逆 PWM 整流部分选用的是三相电压型 PWM 整流器 ，即可作电动汽车的 充电电源，又可作电动汽车的放电负载，且在电池的
9、充放电过程中，可实现单位功因数， 电能双向流动，低谐波污染等 ;充放电部分采用的是双向半桥 DC/DC 变换器 ，运用其独 特的升降压功能，自动调节降压充电和升压放电的转换，采用恒流恒压充电技术，消除 电池的极化现象，缩短充电时间，延长使用周期。本设计通过建立系统仿真模型，对系 统进行调试及仿真波形图的可行性分析，完成对充放电系统控制策略的正确性验证。 通过仿真研究，以双向半桥 DC/DC 变换器为基础，研究一种基于 DC/DC 变换器的电 动汽车充电桩的拓扑结构，同时，对双向 DC/DC 变换器的控制策略进行研究，充电桩的 电路结构简单，设计合理，工作可靠，性能完全符合设计要求。 I 指导教
10、师评语 指导教师： 年 月 日 答辩简要情况及评语 答辩小组组长： 年月日 答辩委员会意见 答辩委员会主任： 年 月 日 I 目 录 摘要 . I Abstract. II 第一章绪论 . 1 1.1 课题研究背景及其意义 . 1 1.2 充电系统国内外研究现状 . 2 1.2.1 国外研究现状 . 2 1.2.2 国内研究现状 . 2 1.3 研究主要方案简介 . 3 1.4 本论文完成的主要工作 . 4 第二章锂电池充放电特性及模型分析 . 4 2.1 锂电池的介绍 . 4 2.1.1 工作原理 . 4 2.1.2 结构 . 5 2.1.3 充放电特性 . 5 2.2 充电技术 . 6 2
11、.2.1 理论依据 . 6 2.2.2 充电方式 . 7 2.2.3 锂电池的充电方式 . 8 2.2.4 极化现象 . 9 2.3 电池模型 . 10 2.3.1 内阻模型 . 11 2.3.2 Thevenin 模型 . 11 2.3.3 四阶模型 . 11 2.3.4 PNGV 模型 . 12 2.3.5 GNL 模型 . 12 2.4 本章小结 . 13 第 三章 三相电压型 PWM 整流器的基本原理与建模分析 . 13 3.1 PWM 整流器基本原理概论 . 14 3.2 可逆充放电装置中 PWM 整流器的选择 . 16 3.2.1 PWM 整流器的分类 . 16 3.2.2 PWM
12、 整流器的选择 . 16 3.3 三相 PWM 变流器的工作原理 . 17 3.4 三相 PWM 整流器的数学模型 . 20 3.4.1 三相 VSR 一般数学模型 . 20 2.4.2 两相静止坐标系下的数学模型 . 22 2.4.3 基于旋转坐标的数学模型 . 22 3.5 三相 PWM 整流器的控制策略 . 24 2.5.1 间接电流控制 . 24 2.5.2 直接电流控制方式 . 26 2.5.3 电压定向的空间矢量控制 . 27 3.6 本章小结 . 29 I 第 四章 应用于充电桩的双向 DC-DC 变流器的研究 . 29 4.1 双向 DC/DC 变换器的拓扑选 . 29 4.1
13、.1 单向 DC DC 变换器的拓扑结构 . 29 4.1.2 双向 DC DC 变换器的拓扑结构 . 30 4.2 双向 DC/DC 变换器的原理介绍 . 32 4.2.1 双向 Buck/Boost 变换器 . 32 4.2.2 双向半桥变换器 . 32 4.2.3 双向 Cuk 变换器 . 33 4.2.4 双向 SEPIC 变换器 . 33 4.3 双向 DC/DC 变换器的工作模式 . 34 4.4 双向 DC/DC 变换器的控制策略 . 38 4.4.1 控制双向功率流的两种方法 . 38 4.4.2 双向 DC/DC 控制变换器控制策略 . 39 4.5 本章小结 . 40 第五
14、章电动汽车充电桩系统的总体设计与仿真 . 41 5.1 充电桩控制系统总体控制策略方案研究 . 41 5.1.1 几种充电模式比较 . 41 5.1.2 充放电控制策略 . 42 5.2 充放电系统主电路参数选取 . 45 5.2.1 IGBT 的选取 . 45 5.2.2 整流器交流侧电感的选取 . 45 5.2.3 整流器直流侧电容的选取 . 47 5.2.4 DC/DC 储能电感的选取 . 47 5.2.5 电池的选取 . 48 5.3 三相电压型 PWM 整流器控制系统设计 . 48 5.3.1 电流内环设计 . 49 5.3.2 电压外环设计 . 51 5.4 双向 DC/DC 控制系统设计 . 52 5.4.1 控制系统的动态结构图 . 52 5.5 充放电系统建模与仿真 . 54 5.5.1 充电桩充电状态仿真结果分析 . 55 5.5.2 充电桩放电状态仿真结果分析 . 57 5.5.3 充电桩充放电状态仿真结果分析 . 59 5.6 本章小结 . 61 第六章设计总结与展望 . 62 参考文献 . 64
