电动汽车论文关于应用于电动汽车的软开关双向变换器特性论文范文参考资料

电动汽车论文关于应用于电动汽车的软开关双向变换器特性论文范文参考资料 （许昌学院电气工程学院，河南 许昌 461000） 摘 要：设计了一种软开关双向变换器，该变换器能够实现电动汽车的储能电池与电动机之间能量的双向流动。在电动汽车制动时，变换器通过buck工作模式，能量由电动机传输给储能电池，有效提高了电动汽车的能量利用率。通过设计变换器的谐振电路，能够实现开关管的零电流关断，实现了变换器开关管的软开关工作状态，提高了变换器的能量变换效率。 关键词：软开关；双向变换器；可再生制动 ：TM13 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1674-9146.xx.02.095 基金项目 许昌市科技发展计划项目（1502086） ：150818；修回日期：151126 作者简介：邵珠雷（1983-），男，河南新乡人，硕士，助教，主要从事电力电子技术应用研究，E-mail：cyzyszl163.。 随着环境及能源问题的日益突出，发展新能源技术显得尤为重要1。由于电能广泛，清洁无污染，因此利用电能来驱动汽车将是未来的发展趋势。采用双向变换器能够使电动汽车的制动能量回馈到储能装置中，能极大地提高电动汽车的能量利用率，使电动汽车的节能环保优势更加明显2。但目前普遍采用的双向变换器依然存在许多问题，例如，在电能传输过程中，由于双向变换器的开关管在硬开关状态工作，存在较大的开关损耗。双向变换器还存在结构复杂、运行不稳定等问题。笔者设计了一种应用于电动汽车的软开关双向变换器，其在提高变换器效率的同时又具有简单的结构，表现出良好的性能。 1 电路拓扑及工作原理 软开关双向变换器分别连接电动汽车的电动机与电池，并作为接口实现两者之间的能量交换。软开关双向变换器的电路拓扑见图1。其中：Vin为电动机直流电压，Vo为电池电压，S1与S3为软开关双向变换器的主开关，S2与S4为软开关双向变换器的辅助开关，D1至D4为开关管的反向并联二极管，L为主电感，Lr1与Lr2为谐振电感，Cr为谐振电容，共同作用实现了双向变换器的软开关功能。 软开关双向变换器包括两个工作模式，即buck模式和boost模式3。当电动机反向制动时，电动机通过软开关双向变换器向电池充电，软开关双向变换器工作于buck模式。当电动机正常驱动电动汽车时，电池通过软开关双向变换器向电动机供电，软开关双向变换器工作于boost模式。由于谐振电感与谐振电容的存在，软开关双向变换器中的开关管始终工作于零电流状态，即软开关状态。 当软开关双向变换器工作于buck模式时，开关管S1与S2处于工作状态，S3与S4始终处于关断状态。变换器的buck工作模式可分为4个阶段。 阶段1（t0tt1）：当buck模式开始时t = t0，开关管S1与S2都处于关断状态，输出电流由电感储能并通过开关管S3的反并联二极管D3供给电池端口。 阶段2（t1tt2）：当t = t1时，开关管S1开通，S2处于关断状态。电容Cr与电感Lr1形成谐振，迫使二极管D3中的电流逐渐降为零，为开关管S1创造零电流开关的条件，即软开关条件。谐振电容Cr两端电压与谐振电感Lr1中的电流表达式分别为 阶段3（t2tt3）：当t = t2时，电容Cr与电感Lr1停止谐振，开关管S1开通，变换器处于buck工作状态，电动机通过变换器向电池供电。 阶段4（t3tt4）：当t = t3时，开关管S2开通，电容Cr与电感Lr1开始谐振，半个周期后，电容Cr两端电压达到峰值。电容Cr与电感Lr1产生的谐振迫使开关管S1中的电流逐渐降为零，为开关管S1的关断创造零电流开关条件，即软开关条件。该阶段谐振电容Cr两端电压与谐振电感Lr1的电流表达式分别为 当软开关双向变换器工作于boost模式时，开关管S3与S4处于工作状态，S1与S2始终处于关断状态。变换器的boost工作模式可分为6个阶段。 阶段1（t0tt1）：当t = t0时，主电感L1的电流流过电感Lr2与开关管S3，电感Lr2处于储能状态，开关管S3零电流开通。 阶段2（t1tt2）：当boost模式开始时，t = t1，电感Lr2中的电流达到峰值。电感Lr1，电感Lr2及电容Cr产生谐振。电容Cr两端电压及电感Lr2中的电流表达式分别为 阶段3（t2tt3）：当t = t2时，电容Cr的电路变为零，并且变换器中的谐振停止。主电感L处于储能状态。 阶段4（t3tt4）：当t = t3时，开关管S4处于开通状态，电感Lr1，Lr2与电容Cr始终处于谐振状态，当t = t4时，电感Lr1中的电流变为零。 阶段5（t4tt5）：当t = t4时，变换器中的谐振停止，主电感电流IL为电容Cr充电，电容Cr两端电压线性增加。当t = t5时，电容Cr两端电压达到电池端电压Vo。该阶段电容Cr两端电压表达式为 阶段6（t2tt3）：当电容Cr两端电压达到电动机直流电压Vin时，二极管D1在软开关条件下开通，变换器处于能量输出状态。当t = t6时，开关管S3再次开通，开始下一个工作周期。 2 实验结果及分析 软开关双向变换器的主开关S1及S3的电压波形和电流波形见图2及图4。由图可知，开关管S1及S3均实现了零电流关断，开关管在关断过程中完全工作于零电流开关（Zero Current Switch，ZCS）状态。软开关双向变换器的辅助开关S2及S4的电压波形和电流波形见图3及图5。由图可知，开关管也工作于零电流开关状态。 3 结论 笔者研制的一种应用于电动汽车的软开关双向变换器，可作为电动汽车储能电池与电动机能量交换的接口。当电动汽车正常行驶时，变换器处于boost工作模式，能量由储能电池流向