新能源汽車

實現(xiàn)電動汽車功率穩(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，純電動汽車和混合動力汽車得到了廣泛推廣。兩種電動汽車采用的能量存儲系統(tǒng)包括電池或超級電容，它們通過直流總線與驅(qū)動電機相連。設(shè)計時，為改善電動汽車品質(zhì)、提高整個電氣系統(tǒng)效率、增加電動汽車?yán)m(xù)駛里程，常將驅(qū)動電機額定電壓設(shè)計為高于能量存儲系統(tǒng)電壓。為實現(xiàn)該目標(biāo)，需要在直流總線和能量存儲系統(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ο到y(tǒng)產(chǎn)生的具有一定變化范圍的電壓進行升壓，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，電動汽車在實際行駛中的功率需求不斷變化，可能出現(xiàn)驅(qū)動電機的需求電壓低于能量存儲系統(tǒng)電壓，造成直流總線功率不穩(wěn)定，進而引發(fā)整個電氣系統(tǒng)功率不穩(wěn)定。對此，本研究利用開關(guān)切換技術(shù)設(shè)計一種降壓+升壓轉(zhuǎn)換器，其可以保證電動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)計思路是：在整個轉(zhuǎn)換器內(nèi)部設(shè)計降壓、升壓兩套獨立的轉(zhuǎn)換電路，并通過開關(guān)電路進行控制。當(dāng)驅(qū)動電機需求電壓高于能量存儲系統(tǒng)電壓時，轉(zhuǎn)換器可被看作一個升壓轉(zhuǎn)換器；當(dāng)驅(qū)動電機需求電壓低于能量存儲系統(tǒng)電壓時，轉(zhuǎn)換器可被看作一個降壓轉(zhuǎn)換器。為保證電壓轉(zhuǎn)換的實時性，在轉(zhuǎn)換器內(nèi)部、連接能源存儲系統(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，控制器只需要根據(jù)電機功率需求對恒值中間電壓進行降壓、升壓控制即可。為對降壓+升壓轉(zhuǎn)換器進行驗證時，利用Matlab建立一個最大功率為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)進行仿真。仿真結(jié)果顯示：在整個駕駛循環(huán)下，直流總線上的功率沒有出現(xiàn)大幅波動，出現(xiàn)波動時的波動值最大不超過5%。因而，所設(shè)計的降壓+升壓轉(zhuǎn)換器能有效保證電動汽車功率穩(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