電動汽車中雙向DC-DC變換器軟開關(guān)技術(shù)研究.pdf

1、發(fā)展電動汽車是目前全球車企在解決環(huán)境污染和能源危機等問題上面臨的機遇和挑戰(zhàn)。隨著汽車的電動化，需要使用一些新的功率變換裝置，如雙向 DC-DC變換器和電機驅(qū)動器，它們是電動汽車非常重要的部件。提高這些功率轉(zhuǎn)換裝置的效率有利于提高整車驅(qū)動效率、延長續(xù)駛里程。
　　本文以非隔離雙向DC-DC變換器為主要研究對象，該DC-DC變換器用在電動汽車電驅(qū)動系統(tǒng)中，用于耦合電池和電機驅(qū)動器；或者用于混合能量存儲系統(tǒng)，耦合電池和超級電容。為了實現(xiàn)

2、高效率，在此采用軟開關(guān)技術(shù)來減小功率開關(guān)器件在開關(guān)過程中的損耗。在分析現(xiàn)有拓撲的基礎(chǔ)上，提出一種新型非隔離雙向 DC-DC變換器軟開關(guān)拓撲，進而對軟開關(guān)拓撲工作原理、效率優(yōu)化和數(shù)字化控制等問題進行研究。采用理論分析、仿真分析和實驗驗證相結(jié)合的方式進行上述研究。
　　本文的主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面：
　?。?）非隔離雙向DC-DC變換器的新型軟開關(guān)拓撲研究
　　為了實現(xiàn)高效率的目標，設(shè)計一種基于零電壓軟開關(guān)的新型拓撲

3、電路，并對拓撲工作原理進行分析，詳細論述軟開關(guān)實現(xiàn)的約束條件。根據(jù)工作原理分析提出主回路參數(shù)的設(shè)計方法，設(shè)計原型機進行實驗，測試軟開關(guān)波形和效率。另外，在此拓撲的基礎(chǔ)上提出一些衍生拓撲，亦進行相應(yīng)的工作原理分析和實驗驗證。
　　（2）軟開關(guān)拓撲效率優(yōu)化研究
　　雖然軟開關(guān)在一定程度上減小開關(guān)損耗提高了效率，但是由于本拓撲結(jié)構(gòu)在實現(xiàn)零電壓軟開關(guān)的同時存在循環(huán)能量，會產(chǎn)生一定的導(dǎo)通損耗，減小這些損耗則可以進一步優(yōu)化效率。通過分析

4、拓撲中每一個支路的導(dǎo)通損耗，找到循環(huán)能量根源。通過分析總導(dǎo)通損耗，尋找導(dǎo)通損耗和開關(guān)頻率的關(guān)系；另外，軟開關(guān)實現(xiàn)條件受到開關(guān)頻率的約束；結(jié)合兩者得出變換器工作在臨界軟開關(guān)狀態(tài)時效率最優(yōu)，從而實現(xiàn)對新拓撲效率的優(yōu)化。這種效率優(yōu)化的控制策略不僅適用于此拓撲，還適用于軟開關(guān)原理類似的拓撲，具有很好的推廣意義。
　?。?）峰谷值雙門限控制方法研究
　　為了實現(xiàn)對新拓撲的臨界軟開關(guān)控制，提出一種峰谷值雙門限控制方法，峰值和谷值中的一個

5、用于控制臨界軟開關(guān)，另外一個用于控制輸出量；對該方法的原理進行分析和仿真驗證。該方法還可以用于其它同類型零電壓軟開關(guān)拓撲，用于縮減循環(huán)能量，實現(xiàn)效率進一步優(yōu)化。
　?。?）數(shù)字化控制研究
　　重點研究電動汽車應(yīng)用領(lǐng)域中此種新型雙向 DC-DC變換器的數(shù)字控制方法。結(jié)合電動汽車中電驅(qū)動系統(tǒng)和混合能量存儲系統(tǒng)對雙向DC-DC變換器的功能需求，設(shè)計雙向 DC-DC變換器的數(shù)字控制系統(tǒng)，給出數(shù)字控制系統(tǒng)的軟硬件架構(gòu)。建立數(shù)字控制雙向