三电平充电桩的研究与设计

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1、硕士学位论文↑（宋体小1号字加粗）三电平充电桩的研究与设计↑（黑体2号字）RESEARCHANDDESIGNOFTHREELEVELCHARGINGPILE（TimesNewRoman2号字加粗，题目太长时可用小2号字）孟涛↑（宋体小2号字加粗）哈尔滨工业大学←（楷体小2号字加粗）2018年1月←（年、月用阿拉伯数字，国内图书分类号：TM46学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文三电平充电桩的研究与设计硕士研究生：孟涛导师：王毅教授申请学位：工学硕士学科：电气工程所在单位

2、：深圳研究生院答辩日期：2017年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM46U.D.C:621.3AdissertationsubmittedinpartialfulfillmentoftherequirementsfortheacademicdegreeofMasterofEngineeringRESEARCHANDDESIGNOFTHREELEVELCHARGINGPILECandidate：MengTaoSupervisor：Prof.WangYiAcademicDe

3、greeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ElectricalEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要近年来，随着世界各国发展绿色、环保经济的需求越来越突出，电动汽车行业得到迅速发展。充电桩作为新能源汽车的充电

4、设备，其可靠性和安全性将决定新能源汽车的普及程度。同时，由于各厂商充电桩频繁出现故障，性能不稳定，严重影响了新能源汽车电池的安全和使用寿命，因此研发一款低谐波、高效率和高稳定性的充电桩成为行业的热点，对其进行研究具有重要的意义。本文对采用VIENNA和三电平LLC的大功率充电桩展开了研究。本文首先给出了三电平充电桩的系统设计方案，确定了系统的主功率拓扑。详细分析了VIENNA整流器的拓扑结构和工作原理，基于状态空间平均法建立了VIENNA在不同坐标系下的数学建模。采用电流前馈解耦的方式实现了对电流解耦，并

5、设计了双环控制系统。采用基波分析法（FHA）建立了LLC的等效模型，分析了其直流增益曲线和阻抗特性。为了解决内管较外管更难实现零电压开通（ZVS）的问题，本文对实现三电平LLC的软开关条件进行了分析，提出了死区时间限值的计算方法，保证了系统软开关实现的条件。另外，设计了电压和电流的双闭环来满足电池恒压和恒流阶段的充电需求。研究了VIENNA不同矢量对中点电位所带来的影响，采用冗余短矢量的调制策略解决了电容不均压问题。针对三电平LLC低压输出时软开关丢失和开关频率过高的问题，提出了基于脉冲频率调制（PFM）

6、和脉宽调制（PWM）的混合调制策略，通过调频的同时调节占空比实现了系统在全输出电压范围内的ZVS，保证了充电桩稳定可靠工作。在Matlab/Simulink中建立了充电桩的系统模型，验证了系统的可行性。搭建了一台15kW的样机，完成了系统AC/DC以及DC/DC的测试，实测结果验证了与理论分析的一致性。关键词：充电桩；VIENNA；三电平LLC；PFM；PWM-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstactInrecentyears,thedevelopmentofgreenandlighteconom

7、icathomeandabroadhaspromotedthedevelopmentofelectricvehicles.Thechargingpileasthepowersupplyofnewenergyvehicles,itsreliabilityandsafetywilldeterminethepopularityofnewenergyvehicles.Atthesametime,duetofrequentfailureofchargingpile,unstableperformance,hasbe

8、enaffectingthesafetyofnewenergyvehiclesandbatterylife.Therefore,developingalow-harmonic,high-efficiencyandhigh-stabilitychargingpilehasbecomeahottopicintheindustryanditisofgreatsignificancetostudyit.Thisdissertation