混合动力动车组锂电池充电机研究与设计

发布时间：2017-08-05 10:33

  本文关键词：混合动力动车组锂电池充电机研究与设计

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【摘要】：随着中国铁路建设的大规模发展,国内动车组相关技术研究也不断深入。为了缓解动车组在电气化线路与非电气化线路交叉条件运行的困难,解决内燃动车组在城市运行的污染问题,更加环保的混合动力动车组应运而生。混合动力动车组关键技术研究与典型样车研制项目是北京交通大学与长春轨道客车股份有限公司联合开展的,混合动力动车组是至少具有两种能量来源的动车组。 充电机主要完成对混合动力动车组紧急蓄电池充电和对动车组列车所有低压直流负载供电功能。本文基于理论与工程基础,完成了对蓄电池充电方式分析、充电机主电路设计、控制系统设计、模型仿真与实验验证等工作。 本文首先对动车组蓄电池特点进行了分析,并根据新型锂电池的特点,选择钛酸锂类型电池作为混合动力动车组紧急蓄电池。然后通过对不同充电方式的对比,选择了先阶段恒流后恒压的充电方式。 其次,完成了对充电机主回路的设计以及对主要器件的选型工作,并对充电机损耗器件的损耗进行详细计算,并据此估算了充电机的整体效率。 然后,设计了充电机控制系统的硬件框架,完成了充电机控制系统采样环节、模数转换环节的设计。选择了充电机的控制方式,分析了脉冲生成原理,并完成了电压电流控制、保护与重启等关键环节的程序设计工作。 再次,建立了充电机的小信号模型,推导了控制系统的传递函数,使用零极点配置的方式设计了PI控制器,然后对系统的稳定性进行了分析。最后推导了PI控制器的数字实现形式,并设计DSP中的PI控制程序。 最终,利用计算机仿真软件建立系统仿真模型,根据仿真初步验证设计的可行性。完成样机生产并对样机进行了基本功能性测试、性能试验,并完成了装车调试等工作。最终的试验数据表明,充电机样机在输出电压控制、充电电流控制、保护与重启功能等方面均达到了设计预期要求,并在混合动力动车组样车上可靠运行。
【关键词】：充电机 钛酸锂电池 充电方式 高频全桥 小信号模型 PI控制器
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.72;TM910.6
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 目录9-12
• 1 绪论12-18
• 1.1 课题研究背景12-13
• 1.2 充电机技术发展综述13-15
• 1.3 论文主要工作15-18
• 2 蓄电池与充电方式研究18-30
• 2.1 紧急蓄电池概述18-19
• 2.2 紧急蓄电池类型选择19-21
• 2.3 钛酸锂电池特性21-24
• 2.3.1 钛酸锂电池低温特性21-22
• 2.3.2 钛酸锂电池充放电特性22-24
• 2.4 蓄电池充电方式分析24-28
• 2.4.1 马斯充电曲线24-25
• 2.4.2 锂电池充电方式25-28
• 2.5 本章小结28-30
• 3 充电机主回路设计30-44
• 3.1 充电机需求分析30
• 3.2 主电路拓扑选择30-33
• 3.2.1 输入方式选择31-32
• 3.2.2 充电机拓扑确定32-33
• 3.3 模块参数设计33-43
• 3.3.1 输入环节参数计算33-35
• 3.3.2 DC/DC环节参数计算35-43
• 3.4 充电机效率估算43
• 3.5 本章小结43-44
• 4 充电机控制系统设计44-58
• 4.1 控制系统架构设计44-46
• 4.2 控制系统采样设计46-50
• 4.2.1 采样硬件设计47-49
• 4.2.2 DSP28335的AD转换49-50
• 4.3 控制方式与脉冲发生50-51
• 4.4 主控程序设计51-57
• 4.4.1 预充电模块程序设计51-52
• 4.4.2 软启动模块程序设计52-53
• 4.4.3 电压电流控制模块程序设计53-55
• 4.4.4 保护与重启模块程序设计55-57
• 4.5 本章小结57-58
• 5 系统建模与控制器设计58-66
• 5.1 系统小信号模型分析58-60
• 5.2 系统控制器设计60-63
• 5.3 控制器的数字实现63-64
• 5.4 本章总结64-66
• 6 模型仿真与样机实验66-78
• 6.1 MATLAB/SIMULINK模型仿真66-69
• 6.1.1 建立模型66-67
• 6.1.2 波形分析67-69
• 6.2 地面实验69-75
• 6.2.1 功能性测试实验69-72
• 6.2.2 保护动作测试实验72-73
• 6.2.3 温升试验73-74
• 6.2.4 效率测试74-75
• 6.3 装车实验75-77
• 6.4 本章小结77-78
• 7 总结78-80
• 7.1 本文主要完成工作78
• 7.2 本文实现成果78-79
• 7.3 展望79-80
• 参考文献80-84
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果84-88
• 学位论文数据集88

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：624453