電動(dòng)汽車充電與驅(qū)動(dòng)集成化技術(shù)研究.pdf

1、由于能源危機(jī)和環(huán)境污染越來越嚴(yán)重，零排放的電動(dòng)汽車將成為汽車工業(yè)未來發(fā)展的主要目標(biāo)。車載式充電裝置和電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置是電動(dòng)汽車的兩大關(guān)鍵設(shè)備，這兩種功率變換裝置并不同時(shí)運(yùn)行，因此兩者可以復(fù)用功率變換器與主要的無(wú)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(qū)動(dòng)的集成技術(shù)成為了研究熱點(diǎn)。目前可見的集成拓?fù)浞桨敢延卸喾N，實(shí)現(xiàn)了停車充電與行駛驅(qū)動(dòng)的功能集成，但在可靠性、容錯(cuò)能力、輸入功率因數(shù)、運(yùn)行效

2、率等方面仍有或多或少的問題。本文針對(duì)電動(dòng)汽車充電裝置的功率變換技術(shù)、開繞組電機(jī)的新型容錯(cuò)驅(qū)動(dòng)技術(shù)以及兩者的拓?fù)浼苫夹g(shù)進(jìn)行了研究，試圖提出順應(yīng)電動(dòng)汽車相關(guān)實(shí)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?jī)?nèi)容和成果主要包括以下幾個(gè)方面：
　　(1)新穎的集成化拓?fù)涞奶岢?br>　　本文在對(duì)電動(dòng)汽車充電及驅(qū)動(dòng)裝置的技術(shù)特點(diǎn)現(xiàn)狀及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求分析的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)有集成化拓?fù)涞募煞桨敢约按嬖诘膯栴}進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。本文結(jié)

3、合新穎的磁組合變壓器式AC-DC變換技術(shù)與開繞組電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，提出了一種兼容充電與驅(qū)動(dòng)兩者的集成化拓?fù)?，衍生出兩種不同的集成方案，并給出功能轉(zhuǎn)換分析。
　　(2)基于磁組合變壓器的三相AC-DC變換器的結(jié)構(gòu)和原理分析
　　本文研究了一種新穎的充電拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)——基于磁組合變壓器的三相高功率因數(shù)AC-DC變換器。該拓?fù)涞闹饕攸c(diǎn)是三個(gè)輸入單相分別整流獲得三個(gè)對(duì)稱的正弦半波，經(jīng)三個(gè)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(dú)立，僅一套輸出繞組匝鏈三相高頻磁鏈，得到疊加的感應(yīng)高頻電壓再經(jīng)整流濾波，獲得穩(wěn)定直流輸出。該拓?fù)漭斎爰?jí)的整流無(wú)需大容量的電解電容濾波，每個(gè)單相的功率是瞬時(shí)波動(dòng)的，但巧妙利用三相系統(tǒng)總瞬時(shí)功率恒定的原理，以及磁組合變壓器磁通疊加原理實(shí)現(xiàn)功率的疊加合成，并使輸入電流正弦化，實(shí)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(jī)理、工作模態(tài)以及小信號(hào)建模分析方法；詳細(xì)研究了磁組合變壓器這個(gè)關(guān)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(diào)制與控制方法；最后，研究了應(yīng)用于電動(dòng)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(jī)每相繞組可獨(dú)立控制，發(fā)生故障時(shí)可方便實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)控制，很適合電動(dòng)汽車高可靠性的驅(qū)動(dòng)要求，是驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展的方向。三相開繞組驅(qū)動(dòng)拓?fù)湫枰鶄€(gè)上下功率管橋臂，恰好可由充電拓?fù)涞?-H橋變換器重構(gòu)而成，具備了系統(tǒng)集成的基礎(chǔ)。為了提高電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)

6、系統(tǒng)的效率，將電池供電電壓進(jìn)行升高供給逆變器，從而降低工作電流減少損耗，這是驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展的另一方向。本文引入了阻抗源網(wǎng)絡(luò)，利用在逆變器調(diào)制中插入直通矢量實(shí)現(xiàn)單級(jí)升壓，獲得集成拓?fù)渲序?qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)——單級(jí)升壓開繞組電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變器，用來驅(qū)動(dòng)開繞組感應(yīng)電機(jī)。阻抗源網(wǎng)絡(luò)是由充電系統(tǒng)中的濾波無(wú)源器件和很少的附加器件構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了主要無(wú)源器件的功能復(fù)用。該驅(qū)動(dòng)拓?fù)渚哂袉渭?jí)升壓、可靠性高、容錯(cuò)能力強(qiáng)、無(wú)死區(qū)影響等優(yōu)點(diǎn)。本文對(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工作原理、能

7、量雙向流動(dòng)的工作模式、SVPWM調(diào)制策略以及容錯(cuò)重構(gòu)控制進(jìn)行了研究。
　　(4)集成化關(guān)鍵技術(shù)分析
　　在分別研究了充電運(yùn)行拓?fù)浜万?qū)動(dòng)運(yùn)行拓?fù)浜?，本文研究了兩者的集成技術(shù)，闡述了集成化拓?fù)涞碾p功能運(yùn)行要求的參數(shù)設(shè)計(jì)。集成化拓?fù)洳捎霉δ苻D(zhuǎn)換開關(guān)切換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這使得功率開關(guān)回路變得復(fù)雜，分布寄生參數(shù)對(duì)電路工作影響很大，本文研究設(shè)計(jì)了相應(yīng)的無(wú)源無(wú)損吸收電路，有效地解決了拓?fù)浼傻年P(guān)鍵問題。分析了吸收電路的工作過程以及參數(shù)設(shè)計(jì)。