电动汽车光伏充电桩系统研究与设计

摘要

随着新能源电动汽车工业的不断发展,光伏发电技术和现代电力电子技术,受到了研究者们越来越多的关注。太阳能作为一种新能源的典型代表,因具有清洁、资源丰富和能量巨大的优势,而深受人们的青睐。电动汽车光伏充电桩系统是一项利用太阳能资源的重要应用,太阳能电池作为光伏充电桩系统能量来源的主要设备,其性能的优劣决定着充电桩系统是否能够高质量、稳定的输出电能。本文主要围绕电动汽车光伏充电桩系统控制策略和充电管理两方面进行深入研究,设计了三种新型DC-DC变换器电路和充电管理系统,主要研究内容如下:针对传统的电动汽车光伏充电桩DC-DC变换器电路存在的缺点进行改进研究,进而设计了一种改进型Buck变换器电路,有效的实现了ZCS导通、ZVS关断,较好的改善了开关管损耗问题;一种新型高升压比Boost变换器电路,利用开关电感技术,很好的提高了电路的升压能力和工作效率;一种新型宽增益Buck-Boost变换器电路,嵌入LC谐振电路,较好的实现了电路的宽增益和负载动态特性。同时利用MATLAB/Simulink仿真工具完成三种新型电路结构的建模,分析了新型电路结构的工作原理以及各个元器件参数的理论计算和选型,并在开环模式下完成电路的仿真实验,仿真结果与传统的DC-DC变换器电路以及相关文献进行了对比,验证了新型电路结构理论分析的正确性和可行性。同时,针对电动汽车充电管理系统进行了研究,本文利用基于Android的嵌入式操作系统,Cortex-A9系列工业级ARM处理器,支持电容触摸屏操作功能的Exynos4412开发板,设计了一种新型的电动汽车充电管理系统。文中详细介绍了充电管理系统的设计方法和具体功能,其中主要包括窗口函数的设计,充电实时数据的传输和解析,交叉编译以及内核移植等。通过本地方法调用JNI,完成对RS485串口通信驱动的开发,并且制定了相应的串口通信传输协议,可以有效的传输充电数据以及充电指令,从而对整个充电过程进行有效的管理。最后,搭建了小功率电动汽车光伏充电桩系统实验平台,并在该平台上进行实验测试,测试分析了电动汽车光伏充电桩系统的输出波形,充电效率和系统的稳定性。实验测试结果表明:利用光伏发电技术、直流变换器技术和Android嵌入式开发技术研制的小功率电动汽车光伏充电桩系统样机具有电路控制简单、宽增益、高效率的特点。充电桩接口符合国家颁布的对电动汽车充电指标的最新要求,本系统设计对电动汽车光伏充电基础设施的建设和推广,有一定的启发意义,具有较高的实际应用价值。

关键词