基于PEV的雙向DC／DC變換器的研究

摘要：介紹了一種純電動(dòng)汽車超級(jí)電容器充放電系統(tǒng)的大功率雙向DC／DC變換器。首先給出了純電動(dòng)汽車電傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，然后介紹了雙向DC／DC變換器的拓?fù)?，并針?duì)超級(jí)電容器充放電系統(tǒng)設(shè)計(jì)雙向DC／DC變換器的控制器。
關(guān)鍵詞：純電動(dòng)汽車；超級(jí)電容；雙向DC／DC變換器；控制

隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，環(huán)境污染和能源短缺問(wèn)題口益突顯，新能源汽車的研究越來(lái)越受到重視。超級(jí)電容作為純電動(dòng)汽車的輔助動(dòng)力源，以其較高的功率密度在純電動(dòng)汽車領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用。如果超級(jí)電容直接連接在逆變器的輸入端，不能滿足恒壓放電和恒流充電的需求，因此必須在其間串入雙向DC／DC變換器。單向DC／DC變換器已經(jīng)有了成熟的控制技術(shù)，但在雙向DC／DC變換器中不同功率流向的控制模型不盡相同。因此，研究雙向DC／DC變換器的控制模型，提出有效的控制方案是研究的重點(diǎn)。本文以純電動(dòng)汽車用大功率雙向DC／DC變換器為對(duì)象，研究雙向DC／DC變換器及其控制系統(tǒng)。

1 純電動(dòng)汽車電力傳動(dòng)系統(tǒng)
純電動(dòng)汽車電力傳動(dòng)系統(tǒng)原理如圖1所示，該PEV的電力傳動(dòng)系統(tǒng)是由鋰離子蓄電池和超級(jí)電容提供能量。鋰離子電池作為主要能源保證該車的正常行駛，超級(jí)電容作為輔助能源在該車加速、爬坡時(shí)為電機(jī)提供能量，并在減速、下坡時(shí)通過(guò)回饋制動(dòng)為超級(jí)電容充電。根據(jù)以上特點(diǎn)，需要在超級(jí)電容與逆變器之間串聯(lián)大功率雙向DC／DC變換器才能滿足超級(jí)電容的恒壓放電和恒流充電。

2 雙向大功率DC／DC變換器
雙向DC／DC變換器按是否含變壓器分為隔離型和非隔離型。隔離型模塊的可靠性高，但成本高、效率差。在大功率輸入輸出的情況下，非隔離型雙向DC／DC模塊以其簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和較高的功率傳輸效率成為理想的選擇。雙向DC／DC變換器模型如圖2所示。

超級(jí)電容在放電時(shí)，雙向大功率DC／DC變換器工作在boost模式下。此時(shí)，IGBT1始終保持在關(guān)斷狀態(tài)，其反并聯(lián)的二極管作續(xù)流二極管用，僅控制IGBT2的開(kāi)斷以保持恒壓放電。超級(jí)電容充電時(shí)，雙向大功率DC／DC變換器則工作在buck模式下。此時(shí)，IGBT2始終保持在關(guān)斷狀態(tài)，其反并聯(lián)的二極管作續(xù)流二極管用，僅控制IGBT1的開(kāi)斷以保持恒流充電。
下面主要分析雙向大功率DC／DC變換器在boost和buck模式下的電氣參數(shù)、控制參數(shù)和輸出特性的關(guān)系。