实现电动汽车功率稳定的开关切换转换器

新能源汽车

实现电动汽车功率稳定的开关切换转换器

随着可持续交通系统的快速发展，纯电动汽车和混合动力汽车得到了广泛推广。两种电动汽车采用的能量存储系统包括电池或超级电容，它们通过直流总线与驱动电机相连。设计时，为改善电动汽车品质、提高整个电气系统效率、增加电动汽车续驶里程，常将驱动电机额定电压设计为高于能量存储系统电压。为实现该目标，需要在直流总线和能量存储系统之间安装直流-直流转换器。该转换器能够对能量存储系统产生的具有一定变化范围的电压进行升压，产生稳定的输出功率。在汽车负荷稳定的情况下，这种恒定的输出功率能很好地满足汽车功率需求。但是，电动汽车在实际行驶中的功率需求不断变化，可能出现驱动电机的需求电压低于能量存储系统电压，造成直流总线功率不稳定，进而引发整个电气系统功率不稳定。对此，本研究利用开关切换技术设计一种降压+升压转换器，其可以保证电动汽车在不同功率需求下直流总线功率的稳定性。

该降压+升压转换器的设计思路是：在整个转换器内部设计降压、升压两套独立的转换电路，并通过开关电路进行控制。当驱动电机需求电压高于能量存储系统电压时，转换器可被看作一个升压转换器；当驱动电机需求电压低于能量存储系统电压时，转换器可被看作一个降压转换器。为保证电压转换的实时性，在转换器内部、连接能源存储系统一侧安装稳压转换器。稳压转换器可将能量存储系统输出的电压转换为恒值中间电压。降压+升压转换器工作时，控制器只需要根据电机功率需求对恒值中间电压进行降压、升压控制即可。为对降压+升压转换器进行验证时，利用Matlab建立一个最大功率为1kW，电压调节范围为50～200V的降压+升压转换器模型，采用全球轻型汽车统一驾驶循环进行仿真。仿真结果显示：在整个驾驶循环下，直流总线上的功率没有出现大幅波动，出现波动时的波动值最大不超过5%。因而，所设计的降压+升压转换器能有效保证电动汽车功率稳定。

刊名：IEEE Transactions on Power electronics（英）

刊期：2015年第8期

作者：Matias Anun

编译：张振伟