電動汽車充電與驅動集成化技術研究.pdf

1、由于能源危機和環(huán)境污染越來越嚴重，零排放的電動汽車將成為汽車工業(yè)未來發(fā)展的主要目標。車載式充電裝置和電機驅動裝置是電動汽車的兩大關鍵設備，這兩種功率變換裝置并不同時運行，因此兩者可以復用功率變換器與主要的無源元件，不僅可以減小電力電子功率變換裝置的體積、重量，而且一定程度上可以節(jié)約成本。于是，充電與驅動的集成技術成為了研究熱點。目前可見的集成拓撲方案已有多種，實現(xiàn)了停車充電與行駛驅動的功能集成，但在可靠性、容錯能力、輸入功率因數(shù)、運行效

2、率等方面仍有或多或少的問題。本文針對電動汽車充電裝置的功率變換技術、開繞組電機的新型容錯驅動技術以及兩者的拓撲集成化技術進行了研究，試圖提出順應電動汽車相關實際發(fā)展要求、綜合性能提升的新穎解決方案。
　　本文具體研究內容和成果主要包括以下幾個方面：
　　(1)新穎的集成化拓撲的提出
　　本文在對電動汽車充電及驅動裝置的技術特點現(xiàn)狀及相關標準要求分析的基礎上，對現(xiàn)有集成化拓撲的集成方案以及存在的問題進行了簡要介紹。本文結

3、合新穎的磁組合變壓器式AC-DC變換技術與開繞組電機驅動技術，提出了一種兼容充電與驅動兩者的集成化拓撲，衍生出兩種不同的集成方案，并給出功能轉換分析。
　　(2)基于磁組合變壓器的三相AC-DC變換器的結構和原理分析
　　本文研究了一種新穎的充電拓撲結構——基于磁組合變壓器的三相高功率因數(shù)AC-DC變換器。該拓撲的主要特點是三個輸入單相分別整流獲得三個對稱的正弦半波，經三個H橋高頻逆變，分別供給高頻磁組合變壓器的三相輸入原邊

4、繞組，磁組合變壓器每相磁路獨立，僅一套輸出繞組匝鏈三相高頻磁鏈，得到疊加的感應高頻電壓再經整流濾波，獲得穩(wěn)定直流輸出。該拓撲輸入級的整流無需大容量的電解電容濾波，每個單相的功率是瞬時波動的，但巧妙利用三相系統(tǒng)總瞬時功率恒定的原理，以及磁組合變壓器磁通疊加原理實現(xiàn)功率的疊加合成，并使輸入電流正弦化，實現(xiàn)了自然PFC功能。論文研究了三相磁組合變壓器AC-DC變換器的工作機理、工作模態(tài)以及小信號建模分析方法；詳細研究了磁組合變壓器這個關鍵部件

5、，給出了它的磁通疊加原理定量分析、等效電路與建模方法；給出了該新穎AC-DC變換器的調制與控制方法；最后，研究了應用于電動車充電裝置的控制策略。
　　(3)集成的開繞組變流器的分析
　　開繞組電機每相繞組可獨立控制，發(fā)生故障時可方便實現(xiàn)容錯控制，很適合電動汽車高可靠性的驅動要求，是驅動技術發(fā)展的方向。三相開繞組驅動拓撲需要六個上下功率管橋臂，恰好可由充電拓撲的3-H橋變換器重構而成，具備了系統(tǒng)集成的基礎。為了提高電動汽車驅動

6、系統(tǒng)的效率，將電池供電電壓進行升高供給逆變器，從而降低工作電流減少損耗，這是驅動技術發(fā)展的另一方向。本文引入了阻抗源網絡，利用在逆變器調制中插入直通矢量實現(xiàn)單級升壓，獲得集成拓撲中驅動系統(tǒng)運行拓撲結構——單級升壓開繞組電機驅動逆變器，用來驅動開繞組感應電機。阻抗源網絡是由充電系統(tǒng)中的濾波無源器件和很少的附加器件構成，實現(xiàn)了主要無源器件的功能復用。該驅動拓撲具有單級升壓、可靠性高、容錯能力強、無死區(qū)影響等優(yōu)點。本文對拓撲結構的工作原理、能

7、量雙向流動的工作模式、SVPWM調制策略以及容錯重構控制進行了研究。
　　(4)集成化關鍵技術分析
　　在分別研究了充電運行拓撲和驅動運行拓撲后，本文研究了兩者的集成技術，闡述了集成化拓撲的雙功能運行要求的參數(shù)設計。集成化拓撲采用功能轉換開關切換拓撲結構，這使得功率開關回路變得復雜，分布寄生參數(shù)對電路工作影響很大，本文研究設計了相應的無源無損吸收電路，有效地解決了拓撲集成的關鍵問題。分析了吸收電路的工作過程以及參數(shù)設計。