关键词：电动汽车;;快速充电;;双级功率变换器;;多模块IPOP系统;;组合开关
摘 要：经济的高速发展所带来的环境问题以及一次能源日益枯竭的现状成为世界所面临的一个难题。电动汽车在满足人类基本出行要求的前提下,零尾气排放降低了对环境的污染,同时也有效缓解了一次能源的消耗,成为未来汽车行业的必然发展方向,电动汽车的大量普及使用必须以电动汽车充电站的全面建设为前提,目前应用于电动汽车充电站的直流变换器基本以单模块为主,相应的电压以及功率等级较低,并且电动汽车充电的随机性必然使得充电站功率闲置,本文针对以上问题主要研究了应用于电动汽车充电的多模块直流变换器系统。首先,以电动汽车充电站为研究背景,分析了应用于充电站的直流换器工作特性以及变换原理,该直流变换器采用双级结构,前端采用三电平Buck变换器实现调压功能,后端采用LLC谐振变换器实现高频隔离。通过载波移相调制策略等效增加开关管的动作频率,变换器中开关管器件所承受的电压应力为直流母线电压的一半。后端LLC谐振变换器可以实现变换器开关器件零电压开通(Zero-Voltage-Switch,ZVS),以及二次侧整流器二极管的零电流关断(Zero-Current-Switch,ZCS),进一步降低变换器的损耗,显著提高变换器的传输效率。其次,研究了电动汽车的大规模接入对输配电网以及负荷侧的影响,为了满足电动汽车大容量高电压的充电要求,以双极性直流变换器为子单元通过IPOP级联技术组成多模块直流变换器,通过分析单模块直流变换器充放电控制策略,设计了IPOP型多模块直流变换器的充放电控制策略,其中包括恒流控制、恒压控制以及主从控制,以IPOP型两模块直流变换器为基础搭建了相应的仿真系统图,设计了相应的稳态和动态实验,仿真结果验证了所设计控制策略的可行性。最后,为了提供电动汽车多功率等级充电接口、提高电动汽车充电站传输效率解决功率闲置问题,本文结合电动汽车充电国家标准,提出了基于组合开关的IPOP型多模块直流变换器系统,并以四模块IPOP型直流变换器为基础研究了组合开关的投切方案,通过进一步设计优化了组合开关的动作,实现电动汽车充电装置多功率接口灵活切换,多台电动汽车并列充电的功能,PSIM软件搭建基于组合开关的多模块电动汽车充电接口仿真测试系统,基于仿真波形验证了双级式功率变换单元参数设计的合理性与基于组合开关的多模块电动汽车充电接口结构的正确性。
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