基于PEV的雙向DC／DC變換器的研究

摘要：介紹了一種純電動汽車超級電容器充放電系統的大功率雙向DC／DC變換器。首先給出了純電動汽車電傳動系統的結構圖，然后介紹了雙向DC／DC變換器的拓撲，并針對超級電容器充放電系統設計雙向DC／DC變換器的控制器。
關鍵詞：純電動汽車；超級電容；雙向DC／DC變換器；控制

隨著汽車工業的迅猛發展，環境污染和能源短缺問題口益突顯，新能源汽車的研究越來越受到重視。超級電容作為純電動汽車的輔助動力源，以其較高的功率密度在純電動汽車領域有了廣泛的應用。如果超級電容直接連接在逆變器的輸入端，不能滿足恒壓放電和恒流充電的需求，因此必須在其間串入雙向DC／DC變換器。單向DC／DC變換器已經有了成熟的控制技術，但在雙向DC／DC變換器中不同功率流向的控制模型不盡相同。因此，研究雙向DC／DC變換器的控制模型，提出有效的控制方案是研究的重點。本文以純電動汽車用大功率雙向DC／DC變換器為對象，研究雙向DC／DC變換器及其控制系統。

1 純電動汽車電力傳動系統
純電動汽車電力傳動系統原理如圖1所示，該PEV的電力傳動系統是由鋰離子蓄電池和超級電容提供能量。鋰離子電池作為主要能源保證該車的正常行駛，超級電容作為輔助能源在該車加速、爬坡時為電機提供能量，并在減速、下坡時通過回饋制動為超級電容充電。根據以上特點，需要在超級電容與逆變器之間串聯大功率雙向DC／DC變換器才能滿足超級電容的恒壓放電和恒流充電。

2 雙向大功率DC／DC變換器
雙向DC／DC變換器按是否含變壓器分為隔離型和非隔離型。隔離型模塊的可靠性高，但成本高、效率差。在大功率輸入輸出的情況下，非隔離型雙向DC／DC模塊以其簡單的結構和較高的功率傳輸效率成為理想的選擇。雙向DC／DC變換器模型如圖2所示。

超級電容在放電時，雙向大功率DC／DC變換器工作在boost模式下。此時，IGBT1始終保持在關斷狀態，其反并聯的二極管作續流二極管用，僅控制IGBT2的開斷以保持恒壓放電。超級電容充電時，雙向大功率DC／DC變換器則工作在buck模式下。此時，IGBT2始終保持在關斷狀態，其反并聯的二極管作續流二極管用，僅控制IGBT1的開斷以保持恒流充電。
下面主要分析雙向大功率DC／DC變換器在boost和buck模式下的電氣參數、控制參數和輸出特性的關系。