电动汽车中新型双向DC/DC变换器建模分析*

非隔离型双向DC/DC变换器广泛应用于混合直流供电系统中,针对电动汽车超级电容与蓄电池的混合供电系统,以新型交错并联型Buck/Boost变换器为研究对象,采用状态空间平均法,建立了Boost状态连续模式(CCM)下的交流小信号模型,得到了电路模型的开环传递函数。分析幅频特性曲线可知,变换器低频段斜率为0 d B/dec,系统存在稳态误差,中频段穿越频率过高,系统超调量较大,高频段以-20 dB/dec斜率变化,高频抗干扰能力较差。基于此,为变换器设计了平均电流补偿网络,理论分析系统的稳定性、动态响应速度和高频抗干扰能力都得到提高。同时仿真验证可知:当输入及负载跳变时输出电压在10 ms内都能快速稳定,且输出电压波动不超过1.5%,满足电动汽车储能系统要求。     

电动汽车用DC/DC变换器的电磁干扰分析和电磁兼容设计

燃料电池的输出特性偏软,难以直接与电动机驱动器匹配,故必须采用DC/DC变换器改善其输出特性,该变换器所处的电磁环境十分复杂,产生电磁干扰的因素多,良好的电磁兼容设计是装配和可靠运行的关键.本文分析了由降压型主电路构成的燃料电池电动汽车用DC/DC变换器所处的电磁环境和电磁干扰因素,讨论了燃料电池电动汽车用DC/DC变换器在电磁兼容设计中所采用的主要抗干扰措施.     

平均电流控制下的DC/DC变换器大小信号统一动态模型

提出了适合平均电流控制下DC/DC开关变换器的大小信号统一模型.此模型可用于Buck、Boost和Buck-Boost变换器.它由两部份组成:一部份是开关变换器的平均电路模型;另一部分是平均电流控制器的电路模型.以平均电流控制下的Boost变换器为例,通过实验证明所提出的模型能够准确地预测平均电流控制下DC/DC变换器的稳态、小信号和大信号动态特性.     

具有V2G功能的电动汽车快速充放电方法

为充分发挥电动汽车的能量双向流动特性,提出一种具有V2G功能的电动汽车快速充放电方法。可逆充放电机主要包括可逆PWM整流器和双向DC/DC变换器。可逆PWM整流器采用前馈解耦的电压电流双闭环控制,并用LCL滤波代替L滤波,在保证相同滤波效果条件下,降低电感值并提高了系统的响应速度;双向DC/DC变换器采用电流闭环控制来有效控制充放电电流维持在恒定值,采用脉冲充电和恒流放电使电动汽车的充放电电流维持在35 A左右,实现快速充放电功能。仿真结果证明了所提方法的正确性和可行性。     

同步整流技术应用于零电流DC/DC变换器的可行性研究

本文简述了零电流DC/DC变换器中的电流电压函数关系和基本原理,深入讨论了同步整流技术应用于零电流DC/DC变换器存在的困难,以及实现的可行性,提出了初步的解决方案。     

DC/DC变换器软开关电路的仿真研究

介绍了DC/DC变换器的种类,讨论了软开关的工作原理和零电压开关及零电流开关的实现方式。并对BUCK变换器的零电流准谐振电路和Boost变换器的零电压准谐电流进行仿真分析。     

建筑直流供电交错并联 DC/DC变换器模型预测控制策略∗

在能源需求和环境保护的双重压力下,燃料电池等分布式发电技术广泛应用于建筑中提供直流电能.针对燃料电池动态响应速度较慢,输出电压具有软特性,无法应对即时负载的瞬时变化,设计出应用于建筑直流供电系统的交错并联DC/DC变换器,用于调节燃料电池的功率输出;引入模型预测控制(MPC)思想对DC/DC变换器进行控制,采用PI控制和模型预测控制相结合的方法,与传统的双闭环控制相比,模型预测控制使输出电压能够准确追踪给定值,直流母线电压超调大大减少,电感电流纹波大大减少,动态响应性能大大提高.最后通过试验证明了该控制方法的有效性.     

混合电动汽车辅助储能系统的研究

针对混合电动汽车在城市交通中频繁加速减速的特点,设计了基于超级电容储能的电动汽车辅助储能系统,选择两相交错式半桥拓扑双向DC/DC变换器作为超级电容的充放电电路.重点设计双向DC/DC变换器对超级电容的充放电控制,采用平均电流控制的两个电感电流内环和一个电压外环的控制策略,并对电动汽车辅助储能系统进行了Simulink仿真,从而有效验证了超级电容在电动汽车中应用的优势.     

三开关双Boost高增益DC/DC变换器研究

燃料电池、光伏发电及电动汽车高电压等级充电系统等应用场合需要高升压比DC/DC变换器,常见的非隔离DC/DC变换器的升压比较低,难以满足实际需求.针对这一问题,提出了一种三开关双Boost高增益DC/DC变换器的拓扑结构,具有结构简单、功率密度高的特点.在分析该变换器工作原理的基础上,利用状态空间平均法建立了变换器小信号模型,并设计了双闭环PI控制器.实验结果表明,所提DC/DC变换器升压比可达到8以上,适合宽输入电压范围和高增益的要求.在系统效率方面,与传统Boost变换器相比,所提出的三开关双Boost结构DC/DC变换器最高效率可达到95.18％,且在相同实验条件下,效率变化范围远小于传统Boost变换器.在双闭环PI控制系统下,该DC/DC变换器具有较好的鲁棒性.     

一种并联输入并联输出的宽范围双向隔离DC/DC变换器

目前,DC/DC变换器广泛应用于新能源发电、电动汽车以及锂电池化成分容等领域。针对低压大电流双向功率传输应用场合,提出了一种输入并联输出并联的宽范围双向隔离DC/DC变换器。该变换器由2个相同的两级式DC/DC变换器组成,前级采用高效率LLC谐振变换器作为直流变压器,以实现电气隔离;后级采用交错式Buck/Boost变换器,保证宽范围电压输出和高动态性能。所提变换器能够实现功率的双向传输,且采用了一种功率方向改变时,无需进行功率流向判断与开关逻辑切换的调制策略,简化了系统的控制策略并提高可靠性。设计了1台3 kW的实验装置,实验结果验证了所提变换器及其控制方法的可行性和有效性。     

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。     

EV充电器中DC/DC变换器共模EMI研究与抑制

直流/直流(DC/DC)变换器是电动汽车(EV)充电器的重要组成器件,同时也是影响电动汽车充电器电磁环境的主要干扰源之一。针对充电器中DC/DC变换器产生的共模电磁干扰(EMI),基于电磁干扰源和干扰传播路径,提出一种带钳位二极管的电压互补性移相ZVS-DC/DC全桥变换器对变换器产生的共模电磁干扰进行抑制。首先对充电器中降压型DC/DC全桥变换器的工作原理和其中主要的EMI干扰源进行分析,其次对DC/DC变换器共模电磁干扰传播路径进行建模和理论推导,最后在Matlab软件上对产生的共模电磁干扰进行仿真分析。文中搭建了采取抑制方法后的变换器电路,并通过仿真验证该方法的可行性。对结果进行分析,该方法能有效的降低DC/DC变换器的共模电磁干扰,使电动汽车充电器的电磁兼容性得到了提高。     

燃料电池汽车用DC/DC变换器的控制策略及仿真

结合燃料电池汽车的特殊应用场合，提出了一种结构简单、转换效率高的DC／DC变换器，针对这种特殊的DC／DC变换器及应用控制要求，得出一种旨在完成功率流分配的基本控制方法。     

复合能源电动汽车双向DC变换器控制研究

以提高电动汽车续驶里程和控制性能为目标,对目前复合能源电动汽车驱动和再生制动控制系统的双向DC变换器进行了研究,搭建了双向DC变换器硬件平台.为保证复合能源电动汽车闭环系统在模型和参数不确定性条件下的鲁棒性,设计了基于变换器参数匹配的最佳功率-效率控制器.实验结果验证了这种控制方法应用于双向DC变换器的有效性.     

混合动力车用全数字电流控制型双向DC/DC变换器

立足于混合动力车用双向DC/DC变换器,阐述了车辆对应不同的工况下,变换器的各种工作模式,引出了全数字电流控制型双向DC/DC变换器所面临的一些技术难点。通过理论分析和数学推导,并充分考虑工程应用中的实际因素,提出了基于平均电流的控制算法以及断续同步整流模式的数字控制策略,该方法利用单一电流采样电阻完成变换器的多模态双向恒流控制,并且在反向小电流区域内进一步提高了变换器的效率。依据所提出的控制策略,研制了适合于48V蓄电池供电的800W试验样机,试验结果证明了此方法的有效性和可行性,可应用于混合动力车驱动系统中。     

数字控制级联式双向DC／DC变换器的研究

对由Buck/Boost双向变换器与双向半桥直流变换器构成的级联式双向DC/DC变换器的原理进行了分析,并研究了一种适用于Boost变换器的无源软开关电路。在数字控制的硬件平台之上,提出一端稳压和一端稳流的控制策略,可实现能量双向流动的自由转换。最后给出了实验波形,从而对理论分析进行了验证。     

电动汽车参与直流微电网互动的协调控制研究*

由于能源危机和环境污染问题日趋严重,快速发展电动汽车技术是未来汽车领域的主要趋势。随着电动汽车占常规汽车比例不断升高,电动汽车参与微电网互动技术已经得到了广泛的关注。针对这一问题,本文提出了一种电动汽车移动储能和微电网互动的协调控制策略,建立了电压源型并网变换器、双向DC/DC变换器以及光伏发电单元的数学模型,分析了微电网联网运行和孤岛运行情况的运行模式,给出了不同运行模式下的控制策略,并且通过Matlab/Simulink仿真软件搭建了系统的仿真模型。最终,通过仿真结果验证了本文提出方法的可行性和有效性。     

模块化多电平型高压DC/DC变换器的研究

模块化多电平型(modular multilevel)高压DC/DC变换器采用模块化结构,能够很容易通过子模块串联的方法得到较高的电压和功率等级,适用于高压大功率直流变压场合。该DC/DC变换器采用由两个模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)组成"面对面相连"的结构,其本身具有直流侧故障保护的功能,无需采用直流断路器进行保护,变压器的存在可实现了电气隔离。目前针对此拓扑结构的研究尚处于起步阶段,其基本运行方式仍是研究的重点和难点。本文具体描述了模块化多电平型高压DC/DC变换器的拓扑结构,并且分析了其本身具有直流侧故障保护功能的作用机理。在此基础上,从调制策略、电容电压平衡策略及功率控制策略三方面对控制器进行设计。最后,通过建立仿真模型和搭建单相结构的实验平台,验证了所提基本运行方式的有效性。     

一种电源-电容串联型直流变换器

提出了一种电源-电容串联型直流变换器,这种拓扑结构可以同时为两路直流电源升压,并且有效降低了半导体器件的电压与电流应力。与双路Boost型直流变换器相比,该电源-电容串联型直流变换器在不增加功率器件数量的前提下,显著降低了半导体器件的电压与电流应力,适用于分布式光伏并网逆变器的直流变换级。主要涉及该直流变换器的运行方式、电压与电流应力分析、效率对比,并通过实验验证了该直流变换器的可行性。