新能源汽车双向DC/DC变换器与电机驱动系统集成机理及控制策略研究

In the new energy vehicle dynamic system, the bidirectional DC/DC converter is key component to control vehicle energy flow and improve the performance of vehicle dynamic system. The research of new bidirectional DC/DC converter model is significant to the development of new energy vehicles. This project studies the design mechanism and related methods for integrating the bidirectional isolated full bridge DC/DC converter and the three-phase AC motor driving system with the neutral point, and studies the control strategy, stability analysis and efficiency analysis corresponding with the integrated system. The relatively complete theoretical method is eventually formed. Considering the complexity of the power system, the variability of operation condition of new energy vehicles, and that the bidirectional DC/DC converter, motor and its driver are strongly nonlinear objects, the converters in the power system form a cascaded converter system, therefore, the study contents of this project become more difficult. This project uses the existing related methods for reference to improve these methods or establish a new method, and then uses them to overcome difficulties and achieve the research goal. We expect the number of power tubes, cost and weight of the new DC/DC converter system designed by the project method have a significant decrease comparing with the conventional system, and its operating efficiency, stability and dynamic response are to improve. The correctness and validity of the theoretical model and related methods are verified by the simulation experiment and prototype experiment.

在新能源汽车动力系统中，双向DC/DC变换器是实现整车能量流动控制、提高整车动力性能的关键零部件，研究新型双向DC/DC变换器对新能源汽车发展很有意义。本项目研究双向隔离型全桥DC/DC变换器与带有中性点的三相交流电机及其驱动器进行集成的机理和相关方法，并研究与集成系统对应的控制策略、稳定性分析、效率分析，最终形成一套较完整的理论方法。考虑到新能源汽车电源系统的复杂性、运行工况的多变性，加上双向DC/DC变换器、电机及其驱动器都是强非线性对象，系统中各变换器又形成级联，因而所研究的内容有较大难度。本项目借鉴现有相关方法，对其进行改进或者建立新方法，力求克服困难，达到研究目标。期望使用项目成果设计的新型DC/DC变换器系统与常规系统比较在功率器件数量、成本和重量等方面都有较显著降低，且运行效率、稳定性和动态响应有所提高。借助仿真实验和样机实验验证所建理论模型、相关方法的正确性和有效性。

在新能源汽车电驱动系统中，双向DC-DC变换器是实现整车能量流动控制、提高整车动力性能的关键零部件，研究新型双向DC-DC变换器对新能源汽车发展有实际意义。而传统的电驱动系统由独立设计制作的各电气器件连接而成，多少会存在成本较高、体积大而占空间等不足，还可能存在运行效率低等问题。本项目从新能源车电驱动系统整个电路的角度考虑，研究新能源汽车双向DC-DC变换器与电机驱动系统集成机理，在此基础上，开展新型新能源汽车双向DC-DC变换器拓扑结构、电动汽车变换器系统控制策略、新能源汽车级联变换器系统的稳定性分析和效率分析等研究，此外，还研究了集成的车载辅助电源DC-DC变换器及其控制策略，以及电动汽车复合能源系统研究及其实验台架搭建等。通过前期的研究工作，在获得新能源车双向DC-DC变换器与电机驱动系统集成机理的前提下，提出了电机中性点接降压型DC-DC变换器的集成电驱动系统、电机中性点接至隔离变压器高压侧同名端的集成电驱动系统两种新型拓扑结构，并在控制策略和控制方法、稳定性分析、效率分析等方面获得一些结论；此外，还提出了两相交错并联式车载辅助电源DC-DC变换器及其集成控制策略。其潜在的应用意义在于：减少车用DC-DC变换器的功率开关器件数量或降低其电应力要求，降低变换器系统的成本，提高其效率，为设计新型车用DC-DC变换器提供新思路。