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原文传递电动汽车中双向DC-DC变换器软开关技术研究

论文题名：	电动汽车中双向DC-DC变换器软开关技术研究
关键词：	电动汽车;双向DC-DC变换器;软开关技术;效率优化;数字控制
摘要：	发展电动汽车是目前全球车企在解决环境污染和能源危机等问题上面临的机遇和挑战。随着汽车的电动化，需要使用一些新的功率变换装置，如双向 DC-DC变换器和电机驱动器，它们是电动汽车非常重要的部件。提高这些功率转换装置的效率有利于提高整车驱动效率、延长续驶里程。　　本文以非隔离双向DC-DC变换器为主要研究对象，该DC-DC变换器用在电动汽车电驱动系统中，用于耦合电池和电机驱动器；或者用于混合能量存储系统，耦合电池和超级电容。为了实现高效率，在此采用软开关技术来减小功率开关器件在开关过程中的损耗。在分析现有拓扑的基础上，提出一种新型非隔离双向 DC-DC变换器软开关拓扑，进而对软开关拓扑工作原理、效率优化和数字化控制等问题进行研究。采用理论分析、仿真分析和实验验证相结合的方式进行上述研究。　　本文的主要研究内容包括以下几个方面：　　（1）非隔离双向DC-DC变换器的新型软开关拓扑研究　　为了实现高效率的目标，设计一种基于零电压软开关的新型拓扑电路，并对拓扑工作原理进行分析，详细论述软开关实现的约束条件。根据工作原理分析提出主回路参数的设计方法，设计原型机进行实验，测试软开关波形和效率。另外，在此拓扑的基础上提出一些衍生拓扑，亦进行相应的工作原理分析和实验验证。　　（2）软开关拓扑效率优化研究　　虽然软开关在一定程度上减小开关损耗提高了效率，但是由于本拓扑结构在实现零电压软开关的同时存在循环能量，会产生一定的导通损耗，减小这些损耗则可以进一步优化效率。通过分析拓扑中每一个支路的导通损耗，找到循环能量根源。通过分析总导通损耗，寻找导通损耗和开关频率的关系；另外，软开关实现条件受到开关频率的约束；结合两者得出变换器工作在临界软开关状态时效率最优，从而实现对新拓扑效率的优化。这种效率优化的控制策略不仅适用于此拓扑，还适用于软开关原理类似的拓扑，具有很好的推广意义。　　（3）峰谷值双门限控制方法研究　　为了实现对新拓扑的临界软开关控制，提出一种峰谷值双门限控制方法，峰值和谷值中的一个用于控制临界软开关，另外一个用于控制输出量；对该方法的原理进行分析和仿真验证。该方法还可以用于其它同类型零电压软开关拓扑，用于缩减循环能量，实现效率进一步优化。　　（4）数字化控制研究　　重点研究电动汽车应用领域中此种新型双向 DC-DC变换器的数字控制方法。结合电动汽车中电驱动系统和混合能量存储系统对双向DC-DC变换器的功能需求，设计双向 DC-DC变换器的数字控制系统，给出数字控制系统的软硬件架构。建立数字控制双向 DC-DC变换器实验原型样机，进行恒流和恒压功能的设计。由于软开关在buck模式和boost模式需要进行辅助开关切换，在此对切换机理和实现方法进行研究并实现。另外，将原型机结合电动汽车的实际应用进行模拟，给出NEDC工况下在电驱动系统中的相关实验结果，并计算使用的电能，然后和硬开关进行比较给出具体的电能优化量；同时也结合混合能量存储系统进行测试，给出相应的实验结果；根据实验结果说明此新型拓扑可以在电动汽车中得到良好的应用。
作者：	江磊
专业：	机械工程
导师：	殷承良
授予学位：	博士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文