實現電動汽車功率穩定的開關切換轉換器

新能源汽車

實現電動汽車功率穩定的開關切換轉換器

隨著可持續交通系統的快速發展，純電動汽車和混合動力汽車得到了廣泛推廣。兩種電動汽車采用的能量存儲系統包括電池或超級電容，它們通過直流總線與驅動電機相連。設計時，為改善電動汽車品質、提高整個電氣系統效率、增加電動汽車續駛里程，常將驅動電機額定電壓設計為高于能量存儲系統電壓。為實現該目標，需要在直流總線和能量存儲系統之間安裝直流-直流轉換器。該轉換器能夠對能量存儲系統產生的具有一定變化范圍的電壓進行升壓，產生穩定的輸出功率。在汽車負荷穩定的情況下，這種恒定的輸出功率能很好地滿足汽車功率需求。但是，電動汽車在實際行駛中的功率需求不斷變化，可能出現驅動電機的需求電壓低于能量存儲系統電壓，造成直流總線功率不穩定，進而引發整個電氣系統功率不穩定。對此，本研究利用開關切換技術設計一種降壓+升壓轉換器，其可以保證電動汽車在不同功率需求下直流總線功率的穩定性。

該降壓+升壓轉換器的設計思路是：在整個轉換器內部設計降壓、升壓兩套獨立的轉換電路，并通過開關電路進行控制。當驅動電機需求電壓高于能量存儲系統電壓時，轉換器可被看作一個升壓轉換器；當驅動電機需求電壓低于能量存儲系統電壓時，轉換器可被看作一個降壓轉換器。為保證電壓轉換的實時性，在轉換器內部、連接能源存儲系統一側安裝穩壓轉換器。穩壓轉換器可將能量存儲系統輸出的電壓轉換為恒值中間電壓。降壓+升壓轉換器工作時，控制器只需要根據電機功率需求對恒值中間電壓進行降壓、升壓控制即可。為對降壓+升壓轉換器進行驗證時，利用Matlab建立一個最大功率為1kW，電壓調節范圍為50～200V的降壓+升壓轉換器模型，采用全球輕型汽車統一駕駛循環進行仿真。仿真結果顯示：在整個駕駛循環下，直流總線上的功率沒有出現大幅波動，出現波動時的波動值最大不超過5%。因而，所設計的降壓+升壓轉換器能有效保證電動汽車功率穩定。

刊名：IEEE Transactions on Power electronics（英）

刊期：2015年第8期

作者：Matias Anun

編譯：張振偉