小型混合動(dòng)力車中電力驅(qū)動(dòng)裝置的若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、汽車工業(yè)可以說(shuō)是一個(gè)國(guó)家的重要支柱產(chǎn)業(yè)，但是由汽車帶來(lái)的環(huán)境污染日益惡化，同時(shí)地球上化石燃料的儲(chǔ)存量與消耗量的矛盾越來(lái)越突出。目前的迫切需要是找到快捷、有效、可行的途徑來(lái)解決或者緩解汽車對(duì)化石燃料的依賴和對(duì)環(huán)境的嚴(yán)重污染。新能源汽車，尤其是混合動(dòng)力車被證明是一種非常行之有效的途徑?；旌蟿?dòng)力技術(shù)已成為能夠使用于所有燃料的關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)它也是目前能滿足排放要求和節(jié)能目標(biāo)且有利于市場(chǎng)化的實(shí)用技術(shù)。本文正是基于電力電子功率變換技術(shù)在混合動(dòng)力車中

2、所占有的重要技術(shù)地位而進(jìn)行研究和探討，以小型混合動(dòng)力試驗(yàn)樣車為載體，開展對(duì)混合動(dòng)力電力驅(qū)動(dòng)裝置的關(guān)鍵技術(shù)研究。主要所做的研究工作包括：
　　 (1)通過(guò)對(duì)混合動(dòng)力車的各種動(dòng)力結(jié)構(gòu)進(jìn)行總結(jié)和對(duì)比，結(jié)合作者所研究課題的目標(biāo)重點(diǎn)，提出了小型HEV試驗(yàn)樣車中的動(dòng)力組成結(jié)構(gòu)方案。選用了鉛酸蓄電池+超級(jí)電容的混合電力儲(chǔ)能源組合方案，可以使得小型HEV對(duì)電力儲(chǔ)能單元的比能量和比功率要求分離開。并且把兩種混合電力儲(chǔ)能源在小型HEV電力驅(qū)動(dòng)裝置內(nèi)

3、的不同電氣連接方式及特點(diǎn)做了分析，指出了鉛酸蓄電池、超級(jí)電容模組和無(wú)刷直流電機(jī)逆變器三者通過(guò)兩個(gè)雙向DC/DC變換器實(shí)現(xiàn)的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，具有的靈活性、合理性和整體高效性。然后對(duì)比了各種不同的實(shí)用型雙向DC/DC變換器在所用功率器件的數(shù)量、對(duì)器件的電氣應(yīng)力要求、損耗等方面的性能參數(shù)指標(biāo)，并且結(jié)合小型HEV的實(shí)際運(yùn)行工況，對(duì)比了不同拓?fù)湓谕瓿纱朔矫婀δ艿木窒扌?，最終給出了適應(yīng)小型混合動(dòng)力車實(shí)際運(yùn)行工況的擁有多模態(tài)工作方式的高效率雙向DC/DC變

4、換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選定依據(jù)。
　　 (2)結(jié)合所采用的小型HEV的混合電力儲(chǔ)能源組成結(jié)構(gòu)，研究了新型的雙向DC/DC變換器的拓?fù)浜拖鄳?yīng)的控制技術(shù)。首先是針對(duì)小型混合動(dòng)力車的具體運(yùn)行工況，進(jìn)一步提高級(jí)聯(lián)型Buck-boost雙向DC/DC變換器在特殊情況下的電能轉(zhuǎn)換效率，提出了利用單一電流采樣電阻實(shí)現(xiàn)雙向平均電流控制，以及較好地實(shí)現(xiàn)同步整流斷續(xù)工作模式等關(guān)鍵技術(shù)方法。再是在該車電力驅(qū)動(dòng)裝置中采用了一種基于“3-L”結(jié)構(gòu)的新型雙向軟開關(guān)

5、DC/DC變換器，而且通過(guò)理論推導(dǎo)、分工作階段說(shuō)明了其電路的有益效果在于：保證器件承受的電壓和電流應(yīng)力并沒(méi)有增加的情況下，通過(guò)“3-L”換流電路實(shí)現(xiàn)開關(guān)的零電壓或者零電流開通、零電壓關(guān)斷和續(xù)流二極管的零電流關(guān)斷，降低變換器的開關(guān)損耗，尤其解決了續(xù)流二極管反向恢復(fù)這一主要損耗來(lái)源，可以顯著提高變換器的效率，更加適合較大功率變換器的效率提升。
　　 (3)以提高整車的電力驅(qū)動(dòng)性能和駕駛舒適度為研究目的。首先通過(guò)對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)和相匹配

6、的DC/AC三相逆變器結(jié)構(gòu)為分析對(duì)象，詳細(xì)分析了BLDCM實(shí)際的等效數(shù)學(xué)模型，提出了在HEV中選用BLDCM的原則。再是全面分析了無(wú)刷直流電機(jī)的兩類轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的本質(zhì)，其中對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)的傳導(dǎo)區(qū)電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，利用能量單元分析法對(duì)其進(jìn)行定量的理論推導(dǎo)，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合小型混合動(dòng)力車電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，提出了一種新的控制策略，理論上可以消除BLDCM在傳導(dǎo)區(qū)內(nèi)的電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；同時(shí)針對(duì)換流區(qū)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)提出了一系列解決問(wèn)題的新方法和新思路；此外由于所設(shè)計(jì)的

7、小型HEV電力驅(qū)動(dòng)裝置樣機(jī)系統(tǒng)中，采用了多級(jí)電路結(jié)構(gòu)，可以方便的實(shí)現(xiàn)BLDCM高速區(qū)域內(nèi)的恒功率控制。
　　 本課題研究的意義在于：當(dāng)前混合動(dòng)力汽車的核心技術(shù)多數(shù)掌握在幾個(gè)汽車制造大國(guó)，如美國(guó)、日本和德國(guó)等，而我國(guó)要實(shí)現(xiàn)新能源汽車產(chǎn)業(yè)走在世界的最前端，必須盡早的掌握其中的核心和關(guān)鍵技術(shù)。本文正是基于這個(gè)目的，結(jié)合所學(xué)專長(zhǎng)而展開研究，雖然以小型混合動(dòng)力車為具體研究和方案實(shí)施對(duì)象。但是所設(shè)計(jì)的動(dòng)力組成結(jié)構(gòu)、電力驅(qū)動(dòng)裝置以及控制方法，