基于电流源型PWM整流器的高效电池充电系统设计

为了解决目前大功率充电系统所存在的电池电压匹配、充电效率等方面的问题,采用三相电流源型整流器(CSR)作为充电系统拓扑结构。采用间接电流控制策略对网侧电压信号进行延迟修正,从而实现网侧单位功率因数控制。在传统恒压-恒流(CC-CV)充电策略基础上,依据电池电化学特性,提出一种基于模糊推理控制策略的CC、CV充电模式切换算法。采用频域法对CV充电模式下的控制环路传递函数进行分析,并考虑数字时间延迟对系统的影响;利用MATLAB/SISO设计工具,分别对电流内环和电压外环控制器的零点位置与环路增益进行优化,以提高系统的整体性能。仿真与实验结果验证了所提策略的正确性与可行性。     

电动汽车三相不控整流充电机频域谐波模型

电动汽车充电站的谐波污染主要来自充电机前级的不控或相控整流电路,针对采用无源功率因数校正的三相不控整流充电机,分析其在充电电流连续和断续模式的工作原理,根据充电过程中电压和电流平衡方程,推导充电机的频域谐波耦合导纳矩阵,并由充电等效电路得到不同模式下的谐波导纳矩阵参数,由此建立电动汽车充电机频域谐波解析模型。该模型将充电机时域非线性特征转换成频域线性导纳矩阵,以表征其各次谐波电流与机端各次谐波电压的耦合关系。最后,通过仿真和实验分析验证了该模型的正确性。     

永磁驱动重构型车载充电机三相DC/DC变流器的研究

提出了一种新型永磁驱动重构型车载充电机三相DC/DC变流器集成系统。该集成系统将永磁驱动的电机绕组和DC/AC逆变器重构成车载充电机实现电动汽车驱动-充电的集成,具有空间利用率高、充电快速和可靠性高等特点。分析了集成系统的结构和工作原理,推导了充电系统的三相DC/DC变换器数学模型。在此基础上,利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建了驱动-充电集成系统仿真模型,对同步脉宽调制(PWM)控制和交错PWM控制策略进行仿真研究,分析对比了交流侧电压电流、直流侧电机绕组电感电流和直流侧电压波形。仿真结果表明,与交错PWM控制策略相比,同步PWM控制策略下该新型结构充电系统具有更好的运行性能。     

蓄电池紧急牵引用充电机控制系统研究

紧急牵引用蓄电池是地铁车辆的动力能源,蓄电池的再充电一直是地铁车辆的薄弱环节。基于北京地铁16号线车辆的需求,开发了一款零电压移相全桥结构的数字智能化蓄电池充电机。分析了充电机的基本工作原理、硬件结构系统,在此基础上,设计了基于充电模式自动切换的数字闭环控制策略。最后,实验验证了该充电机控制系统的有效性和可靠性。     

轨道交通高频充电机应用研究

设计了一种轨道交通用的高频充电机,该充电机采用基于移相控制的全桥零电压开关（zvS）变换器的拓扑结构。对该充电机主要参数进行计算和系统建模,仿真结果满足系统要求。主控芯片采用TMS320F28335,算法采用带有电流前馈的比例积分（PI）控制方式,并设计了针对蓄电池负载的充电逻辑,样机试验结果满足系统要求。     

基于模糊自适应PID控制的铅酸蓄电池充电系统仿真

采用基于模糊自适应PID控制的方法,对铅酸蓄电池充电系统的电压环和电流环分别进行控制,解决了非线性时变充电系统信号量不能定量表示及评价指标不能确定的问题。在Matlab/Simulink仿真平台下,对电压环控制系统和电流环控制系统分别进行了模糊自适应PID控制仿真,并与常规PID控制系统作了对比分析。仿真和对比分析结果表明,加入了模糊自适应PID控制的系统具有良好的动态响应性能和稳定性。     

一种大功率电动汽车快速充电机

提出一种由充电功率变换器系统(CCS)和电池储能系统共同组成的快速充电机,电动汽车进行充电时供电端的功率缺额由储能系统放电进行补充。介绍了快速充电机的原理、构成及实现方法,并对CCS和储能系统配合运行的策略进行了研究,在此基础上,研制了一台400 kW电动汽车快速充电机,并成功应用于使用钛酸锂电池的快速充电巴士上。实验表明,该充电机能解决充电功率大于供电端额定功率的快速充电问题,且直流侧电流纹波、电压纹波性能优异。     

便携式充电CRM图腾柱功率因数校正过零检测延迟与交错相位误差补偿控制

图腾柱功率因数校正(PFC)被广泛应用于电动汽车充电机以提高充电效率。该文提出考虑零电压开通(ZVS)裕度和轻载频率限制的全范围ZVS控制模型,全电压范围内实现完全ZVS开通。分析了电流过零检测(ZCD)延迟对输入电流总谐波畸变率(THD)的影响,提出基于在线时间计算模型的ZCD延迟补偿方法,满载电流THD降低1.4%。针对两相交错相位误差,提出考虑开关周期变化量的相位误差补偿方法,提高交错精度,满载THD进一步降低0.5%。最后,搭建了一台3kW便携式充电机,验证所提控制策略的有效性,充电机前级图腾柱PFC最高效率为98.8%,整机最高充电效率为96.6%,满载THD为2.4%,相比补偿前降低1.9%。     

一种宽电压范围充电机混合控制策略

充电机是电动汽车发展的基础设施,LLC变换器因其良好的效率特性在电动汽车充电机中有着广泛的应用,但LLC变换器对电压增益比较敏感,同时电动汽车动力电池组的电压在充电过程中,变化范围很宽,会导致等效充电效率低,充电能耗高。为了解决这个问题,论文基于锂电池的充电特性曲线,以整个充电过程消耗的能量为优化指标,提出了反映充满电池所需要的电量多少的充电机充电效率评估函数。针对宽的电压输出范围和LLC变换器转换效率对电压增益敏感的矛盾,提出了一种三段式混合控制方式,根据不同的输出电压和功率,LLC变换器工作于常规的调频模式、谐振工作模式和超谐振频率谐振模式,达到以最少的耗能充满电动汽车动力电池的效果。通过损耗计算对等效效率与分段参数之间的关系进行了比较分析,对三段式控制器进行了优化设计;最后搭建了10 kW LLC变换器实验样机进行了验证。     

双向高效高功率因数电动汽车充电机研究

电动汽车作为一种高效、节能、零排放的交通工具,将成为未来城市的主导。而对充电机的研究,将直接影响未来电动汽车的发展。针对传统电动汽车充电机的结构,提出了一种高效且高功率因数、低谐波含量、能量双向流动的充电机结构。该结构前级采用三相电压型PWM整流器,后级DC/DC变换电路采用电流可逆斩波电路。针对前级,推导了一种功率前馈的无差拍控制,该方法实现了系统的快速、无差整流。针对后级,提出了一种基于马斯定律的自适应多阶段恒流充电控制,能够有效地延长蓄电池的使用寿命和缩短充电时间。最后通过仿真与实验验证了所提结构与方法能够实现充电机的双向高效、高功率因数、低谐波功能。     

两并联双向DC/DC变换器的滑模变结构控制

针对电动汽车驱动与充电一体化系统,设计了一种两相并联交互式双向DC/DC变换器,降低了电感设计难度,减小了重量与体积,提高了系统的可靠性。分析了该变换器工作原理,提出一种基于比例积分(PI)控制器的恒频滑模变结构双闭环控制策略,实现了自动跟踪参考电压值、单元半桥电路电感电流间均流的目的,给出了该变换器的变结构模型,运用等效控制原理分析滑模变结构控制(SMC)的存在和稳定条件,采用基于给定三角波(RTW)环路的SMC方式使变换器在定开关频率下运行。最后,通过实验验证了理论分析的正确性。     

电动汽车充电站对电网谐波影响分析

介绍了电动汽车充电站对电网电能质量的影响及充电站GTBC-500200直流充电机采用BMS(电池管理系统)充电方式.分析了充电站充电过程电压、电流谐波变化.提出了充电站治理谐波措施及通过采用APF-100有源滤波装置,可实现降低电压、电流谐波畸变率目的.     

全数字化的100%低地板车载充电机研制

100%低地板车是一种新型、人性化的城市轨道交通车辆。介绍了100%低地板车载充电机的主电路系统结构与系统选型。控制系统采用全数字化模式,并着重对移相全桥PWM脉冲的产生和IUOU充电特性进行介绍。最后,研制了一台20kHz/8kW的移相全桥零电压软开关(ZVS)充电机,给出了试验波形进行比较和分析。结论表明,研制的全数字化控制的车载充电机运行可靠,满足100%低地板车的设计要求。     

纯电动汽车充电机系统稳定性研究

一般纯电动汽车充电机的控制系统基于额定输入电压、充电电流等条件设计,忽略了工作条件变化和元器件寄生参数对系统稳定性的影响.为了保证在充电过程中充电机能够稳定工作和进一步了解充电机系统稳定性的机理,建立基于全桥拓扑结构的纯电动汽车充电机的平均线性小信号模型.依据该线性小信号模型推导出表征充电机特性的关键传递函数.通过MATLAB仿真,研究纯电动汽车充电机在拓扑结构和主要参数确定的情况下,影响其控制环路特性的因素如输入电压、充电电流、输出滤波器等效串联电阻与表征控制环路特性的参数如穿越频率和相位裕度之间的关系,并用实验证明了理论分析的正确性.     

直接电流控制的配电静止无功发生器用于改善电压质量的研究

介绍了一种采用直接电流控制的用于改善中低压配电网电压质量的新型静止无功发生器(DSTATCOM),其主电路采用基于VSI-SPWM结构的电压型逆变器,指令电流的运算和补偿电流的控制均采用同步旋转参考坐标系。重点论述了DSTATCOM用于抑制电压跌落和电压闪变两种常见的电压质量问题。根据无功指令电流形成的不同方法, DSTATCOM有电流控制模式和电压控制模式两种运行模式。在两种运行模式下对DSTATCOM抑制电压跌落和电压闪变进行了仿真研究,仿真结果表明,电流控制模式适合于抑制电压闪变,而电压控制模式适合于抑制电压跌落。     

电动汽车车载充电机接入住宅区配电网谐波研究

分析了车载充电机接入小区低压配电网产生的谐波特征。基于Simulink平台建立了含车载充电机的住宅区传统三相配电网和新型单相配电网仿真模型,结合对配电变压器阻抗特性的研究,对比分析了2种配电模式下不同数量电动汽车接入充电产生谐波的变化规律。结果表明:随着车载充电机接入数量增多,2种配电模式下的谐波电流变化平缓,但电压畸变率均明显增大;在相同数量充电机接入情况下,配电容量越大,系统电压畸变越小;单相配电的电压谐波畸变较三相配电可增幅70%以上,对谐波耐受力较差。     

结合仿真与解析方法的电动汽车充电谐波特性研究

本文结合仿真与解析2种手段对充电机谐波特性进行深入分析。首先依据实测数据描述了充电机的负荷特性,然后在建模仿真的基础上,分析了单台充电机充电、多台充电机同步和非同步充电时的谐波电流特性。并基于叠加原理对多台充电机同步充电所产谐波电流进行了解析计算,揭示了多台充电机充电时的谐波抵消现象,给出了计及谐波抵消效应的谐波电流近似计算方法。     

基于BP算法的氢镍电池充电均衡策略

为了提高电动车的使用寿命,改善电池组的工作性能,在对典型的电压均衡控制和荷电状态均衡控制进行理论分析的基础上,提出了基于变步长的反向传播误差(back propagation,BP)神经网络及200 Ah氢镍电池小电流均衡控制策略。该均衡方法采用大电流充电和小电流均衡,考虑了充电过程中的析气与复合。对电池组进行的模拟仿真结果表明,电压检测精度得到提高,具有良好的均衡效果和均衡速度。     

基于定子电压定向的双馈风电系统变参数策略设计

介绍了基于定子电压定向的双馈风力发电系统在空载并网和并网发电2种模式下的模型,分析对比了其差异性.为保证在2种模式下控制系统均有较好的稳态性能和动态性能,提出了一种变参数控制策略,即在2种模式下分别采用不同的电流控制器.给出了一种基于比例一积分(PI)电流控制器的设计原则,利用伯德图法对2种模式下的电流控制器参数分别进行了设计,设计结果表明2种控制器参数有较大差异,在2种控制模式下采用同样的电流控制器会降低系统的动态性能甚至导致系统不稳定.在30 kW双馈风力发电系统实验平台上进行了实验验证,实验结果表明,变参数控制策略可以保证系统在2种模式下均有较好的稳态性能和动态性能.     

一种考虑电池自身特性的电流源型充电系统

基于三相电流源型整流器(CSR)提出一种考虑电池内部特性的快速充电系统,包括变恒流(VCC)与恒压(CV)两种充电模式。针对VCC模式,引入电池二阶Thevenin电路模型,并根据实验数据构建电池在不同充电电流下的极化电压与SOC的关系曲线;将极化电压及其变化率作为输入量,利用模糊控制器推导出下一时刻的参考充电电流;当电池电压升至截止电压时,系统转为CV模式。针对两种控制模式,基于电压定向建立具有功率因数延迟角自调节能力的间接电流控制策略。在频域内,借助Matlab/SISO设计工具,对电流内环、电压外环控制器参数进行优化配置。最后,通过仿真与实验验证了所提方法的正确性与可行性。