基于交错并联DC-DC的EV驱动-充电集成系统关键问题研究

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随着新能源汽车的迅速发展,电动汽车的相关技术也不断在进步,电动汽车的各个部件也在朝着高效率,高功率密度的方向发展。针对电动汽车驱动用双向DC-DC变换器,交错并联技术被采用以提升DC-DC变换器的功率密度,通过集成驱动模式下的交错并联DC-DC电路拓扑来实现集成充电功能可以大幅提升系统的集成度,缩小整车体积。而控制策略对系统的性能有着重要的影响。故研究基于交错并联DC-DC的电动汽车驱动-充电集成系统不同模式下的控制策略具有重要的意义。重点解决集成系统的效率优化问题和充电模式下的母线电容二次电压纹波的抑制问题。本文首先介绍了电动汽车驱动-充电集成系统的集成原理,分析了驱动模式下三相交错并联DC-DC的工作原理,以及充电模式下PWM整流器+Buck变换器的拓扑结构的工作原理,使用小信号建模的方法建立了不同模式下电路的数学模型,之后进行了控制系统的设计,对于驱动模式采用电压外环+电流独立内环对三相交错并联DC-DC进行控制,对于充电模式的PWM整流器采用了dq电流解耦控制方法和并联谐波控制器的控制方法,后级Buck采用输入电压前馈的电压电流双闭环控制,通过在仿真软件中搭建系统不同模式下的仿真模型,验证了控制策略的可行性。其次,文章分析了直流母线电容上二次电压纹波的产生原因,并分析了电压纹波对母线薄膜电容寿命的影响,之后采用了直流侧解耦的方法对PWM整流器的直流母线电压二次纹波进行了抑制,并尝试了一种新型的差分变换器的思想以抑制直流母线电压二次纹波。最后通过仿真验证了所采用的方法均可以对二次纹波进行抑制。最后,文章对不同模式下效率的优化策略进行了研究,在驱动模式下,采用降频的方法提升交错并联DC-DC变换器的效率,并针对变换器在轻载下效率较低的问题,提出了一种功率相数分配的方法,有效提升了变换器在轻载下的效率。在充电模式下,同样采用降频的方法提升了PWM整流器的效率,研究了不同调制方法、母线电压等因素对系统效率的影响,最后通过仿真软件对系统的效率进行了仿真,验证了所采用的效率提升方案的正确性,并利用了仿真软件对系统工作状态下的温升进行了仿真。
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