新能源汽車

實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車功率穩(wěn)定的開關(guān)切換轉(zhuǎn)換器

隨著可持續(xù)交通系統(tǒng)的快速發(fā)展，純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車得到了廣泛推廣。兩種電動(dòng)汽車采用的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)包括電池或超級(jí)電容，它們通過直流總線與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連。設(shè)計(jì)時(shí)，為改善電動(dòng)汽車品質(zhì)、提高整個(gè)電氣系統(tǒng)效率、增加電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程，常將驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定電壓設(shè)計(jì)為高于能量存儲(chǔ)系統(tǒng)電壓。為實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，需要在直流總線和能量存儲(chǔ)系統(tǒng)之間安裝直流-直流轉(zhuǎn)換器。該轉(zhuǎn)換器能夠?qū)δ芰看鎯?chǔ)系統(tǒng)產(chǎn)生的具有一定變化范圍的電壓進(jìn)行升壓，產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出功率。在汽車負(fù)荷穩(wěn)定的情況下，這種恒定的輸出功率能很好地滿足汽車功率需求。但是，電動(dòng)汽車在實(shí)際行駛中的功率需求不斷變化，可能出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的需求電壓低于能量存儲(chǔ)系統(tǒng)電壓，造成直流總線功率不穩(wěn)定，進(jìn)而引發(fā)整個(gè)電氣系統(tǒng)功率不穩(wěn)定。對(duì)此，本研究利用開關(guān)切換技術(shù)設(shè)計(jì)一種降壓+升壓轉(zhuǎn)換器，其可以保證電動(dòng)汽車在不同功率需求下直流總線功率的穩(wěn)定性。

該降壓+升壓轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)思路是：在整個(gè)轉(zhuǎn)換器內(nèi)部設(shè)計(jì)降壓、升壓兩套獨(dú)立的轉(zhuǎn)換電路，并通過開關(guān)電路進(jìn)行控制。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)需求電壓高于能量存儲(chǔ)系統(tǒng)電壓時(shí)，轉(zhuǎn)換器可被看作一個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器；當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)需求電壓低于能量存儲(chǔ)系統(tǒng)電壓時(shí)，轉(zhuǎn)換器可被看作一個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器。為保證電壓轉(zhuǎn)換的實(shí)時(shí)性，在轉(zhuǎn)換器內(nèi)部、連接能源存儲(chǔ)系統(tǒng)一側(cè)安裝穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換器。穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換器可將能量存儲(chǔ)系統(tǒng)輸出的電壓轉(zhuǎn)換為恒值中間電壓。降壓+升壓轉(zhuǎn)換器工作時(shí)，控制器只需要根據(jù)電機(jī)功率需求對(duì)恒值中間電壓進(jìn)行降壓、升壓控制即可。為對(duì)降壓+升壓轉(zhuǎn)換器進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，利用Matlab建立一個(gè)最大功率為1kW，電壓調(diào)節(jié)范圍為50～200V的降壓+升壓轉(zhuǎn)換器模型，采用全球輕型汽車統(tǒng)一駕駛循環(huán)進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果顯示：在整個(gè)駕駛循環(huán)下，直流總線上的功率沒有出現(xiàn)大幅波動(dòng)，出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)的波動(dòng)值最大不超過5%。因而，所設(shè)計(jì)的降壓+升壓轉(zhuǎn)換器能有效保證電動(dòng)汽車功率穩(wěn)定。

刊名：IEEE Transactions on Power electronics（英）

刊期：2015年第8期

作者：Matias Anun

編譯：張振偉