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行业新闻

基于新能源汽车续航和动力性提拔的双向DC-DC设想

作者:admin 发布时间:2019-04-22 12:22

  /杭孟荀,沙文瀚,李庆国(奇瑞新能源汽车手艺无限公司,安徽 芜湖 241002)

  摘要:本文引见了一种新能源汽车驱动系统用升压双向DC-DC,该DC-DC采用交织并联双向BOOST/BUCK拓扑电路,通过数字DSP芯片实现电源能量的双向传送及输出电压的优化节制。保守新能源汽车在一些工况下因驱动系统母线电压波动会严峻影响驱动系统的输出机能,双向DC-DC能够供给给驱动系统不变的电压供应,别的按照驱动系统工作特征优化驱动系统的电压供应,从而提高了驱动系统的工作效率、扭矩和功率输出能力而且降低PMSM电机高速下弱磁程度,从而无效提拔了整车的续航里程整车动力性及靠得住性。

  近年新能源汽车的产销量获得敏捷增加,特别我国的产销量曾经成为世界第一,人们对新能源汽车的接管程度也越来越高,国内新能源汽车产物机能也获得了极大提拔,不外整车能耗这一目标跟国外比力还有必然的差距,整车能耗高将极大影响整车的续航里程,也晦气于新能源汽车的进一步普及。为此国度出台了一些政策指导整车企业关心整车能耗,激励加强手艺能力提拔并开辟出能耗更小的整车。

  驱动系统作为整车利用能量比例最大的零部件,其工作效率的提拔对整车降能耗贡献最大,按照整车对驱动系统的使用场景能够将驱动系统的外特征分为三个工作区,如图1所示。城市工况作为常用工况,其对驱动系统的要求是小扭矩区长时间工作,对应图1中的效率区,该区域也是NEDC工况最常用区域,凡是此区域的驱动系统效率偏低。再者图1中A为扭矩拐点,其值较小或对应转速偏低将影响整车的爬坡机能和加快机能,A点之后电机将进入恒功率弱磁区,因弱磁电流的感化也会导致驱动系统的效率降低而且在弱磁电流感化下电机输出扭矩下降,如许也会导致整车在高速行驶时的动力性下降问题。

  目前电机的成长趋向之一是高转速,高转速带来的好处是电机能够小型化,不外在动力电池电压范畴没有变化的环境下,更高转速区的效率偏低,影响了整车高速行驶里程。别的常规新能源汽车动力电池电间接供电机节制器和电机利用,在猛踩油门时会呈现母线电压因霎时大电流在母线寄生电感感化下较大电压跌落的现象,这种环境下会影响整车驱动系统输出机能。

  针对以上问题,本文采用非隔离起落压双向DC-DC给驱动系统供给不变且电压可调的电源供应,以驱动系统高效运转和输出扭矩更大为方针,调整DC-DC的输出电压值,从而实现整个系统的工作机能优化,提高了整车的续航里程和动力机能,别的升压后电机高速运转区域弱磁程度降低,降低了电机转子磁钢持久运转退磁的风险。

  通过电机台架实测统一款电机别离在分歧电压下的输出外特征图,从中挑出有代表性的340 V、540 V和750 V三个电压下的驱动系统输出外特征图,如图2所示,驱动系统输入电压升高则驱动系统的高效区面积占比增大特别高速弱磁区效率会明细改善,不外输入直流电压偏低时则在小扭矩效率区的驱动系统效率会有所改善。提取不异扭矩和转速下分歧电压驱动系统的最高效率归并为一个系统外特征图,能够见其高效区占比面积由340 V下的89.9649%提拔到95.6227%,又因非隔离双向DC-DC效率很高,整合后的效率区能够满足整车分歧工况下整车的续航里程的提拔。

  从图2还能够看出跟着电压升高驱动系统的高速区扭矩更大且输出功率更大,如许有益于提拔整车高速行驶的加快机能和最高车速。

  本文双向DC-DC采用交织并联电路,能够实现动力电池升压后供驱动系统利用,也能够实现驱动系统能量回馈电压降压后给动力电池充电,其拓扑图如图3所示。交织并联电路将主功率电路分为两路,其长处一为纹波电压、电流更小且纹波频次更高,则输入和输出侧的电容容值、体积更小,其长处二为电流分为两路使上功率电路上的损耗和电感上的交换损耗更低。

  变换器功率电路由两路并联构成,按单路电流为总电流的一半来设想单路功率电路的器件参数。考虑到DCM模式下的开关管内的峰值电流更大,更大的电流导致开关管损耗更大且选型容量更大的开关管也会添加成本,别的更大的峰值电流也会带来更大的EMC问题,因而本文选择CCM模式来设想主功率器件参数,考虑到开关器件及输入电压范畴计较最小电感公式如下:

  式式中DIL按电感平均电流的40%计较,电感平均电流按输入平均电流的一半计较,因动力电池的电压是300 V~410 V这个范畴,按照公式1画出电感L与电压的对应关系曲线所示,从而BOOST在输入电压最大时对应的电感最大值为Lboost=200.5 mH,BUCK在最大输出电压处对应的最大电感为Lbuck=200.5 mH,分析考虑拔取零丁电感的电感值为L1=L2=200mH。

  按照电感电流纹波全数流入电容发生的输出电压脉动能够计较出所需电容大小,又因两订交错并联拓扑使流入电容的电流频次为常规BUCK/BOOST拓扑的两倍,从而能够获得输入和输出侧电容的计较公式如下所示:

  上式中R为升压输出侧等效电阻值,变换器两侧纹波电压为两侧电压的1%设想,按照上述可知C2=253.3 mH,C1=48.85 mH,考虑到ESR的影响,现实选择C2=470 mH,C1=100 mH,以包管纹波电压方针告竣。

  考虑到现实数字节制中ADC采样连结和PWM更新延迟的影响,在做系统仿真中添加采样连结和延迟环节,从而使仿真成果愈加接近实在成果。整个节制系统采用双环节制,内环采用两路电流环,外环采用电压环节制,双环节制比单环节制在动态机能和稳态机能方面均有改善且具有均流和限流功能,从而提高了机能和靠得住性。新能源汽车驱动系统

  利用PSIM里的SWEEP功能,在BOOST稳态工作点注入小信号,通过输出端口观测小信号对输出的影响能够扫描出系统的bode图。按照bode图有针对性的设想出PI弥补器,然后通过SWEEP功能扫描出弥补后的bode图,从图中能够看出弥补后开环系统相角余量在49.3°,幅值余量为-46.7 dB,截止频次为2.79 kHz。

  接下来进行外环电压环设想,雷同电流环设想,利用SWEEP扫描功能设想出电压环PI节制器,具体如下图所示,新疆时时彩注册电压环PI弥补后整个开环系统相角余量为48.6°,幅值余量为-43.3 dB,截止频次为 703 Hz。

  升压交织并联BOOST变换器满载95 kW输出系统仿真波形如下图所示,其输出电压平均值为 750 V,电压纹波在2 V摆布,电流纹波约45 A,仿真成果较优。

  升压BOOST带半载47.5 kW启动,变换器输出电压不变后带突加载到满载95 kW及突减载至 47.5 kW,系统仿真波形如下,由波形可知突加减载变换器的负载调整率为,别的由图7可知变换器突加减载其恢复不变电压时间为2 ms。

  新能源汽车电驱动系统其能耗、输出功率、扭矩及弱磁程度跟其输入电压有很大关系,电压升高后会使这四方面机能有很大提拔。升压总体味对降能耗有很大改善,但在小扭矩且中低转速区低电压比高电压总体能耗更低,连系驱动系统的以上工作特征以及整车运转工况,通过双向DC-DC给驱动系统供给合适的电压,以便驱动系统不断工作在机能较好的区域,从而提拔了整车的动力性、耗电经济性和靠得住性。

  本文按照驱动系统特征设想了一款交织并联BOOST/BUCK变换器,此变换器采用电压和电流环双环节制,其内部电流环采用两路电流环独立节制,通过PSIM仿真验证,其升压输出的动态机能和稳态机能均满足需求。

  [1] 张卫平. 开关变换器的建模与节制 [M].北京:中国电力出书社,2005.

  [4] 程红,王聪,王俊. 开关变换器建模、节制及其节制器的数字实现 [M].北京:清华大学出书社,2013.

  [5] 中华人民共和国国度质量监视查验检疫总局,中国国度尺度化办理委员会. GB/T 18386-2017电动汽车能量耗损率和续驶里程试验方式[S].北京:中国尺度出书社,2017-10-14.

  杭孟荀,硕士,奇瑞新能源汽车手艺无限公司,曾任奇瑞新能源DC-DC电源产物主管设想师,现任奇瑞新能源电驱系统司理

  本文来历于科技期刊《电子产物世界》2019年第3期第29页,接待您写论文时援用,并说明出处



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