小型混合動力車中電力驅動裝置的若干關鍵技術研究.pdf

1、汽車工業可以說是一個國家的重要支柱產業，但是由汽車帶來的環境污染日益惡化，同時地球上化石燃料的儲存量與消耗量的矛盾越來越突出。目前的迫切需要是找到快捷、有效、可行的途徑來解決或者緩解汽車對化石燃料的依賴和對環境的嚴重污染。新能源汽車，尤其是混合動力車被證明是一種非常行之有效的途徑?；旌蟿恿夹g已成為能夠使用于所有燃料的關鍵技術，同時它也是目前能滿足排放要求和節能目標且有利于市場化的實用技術。本文正是基于電力電子功率變換技術在混合動力車中

2、所占有的重要技術地位而進行研究和探討，以小型混合動力試驗樣車為載體，開展對混合動力電力驅動裝置的關鍵技術研究。主要所做的研究工作包括：
　　 (1)通過對混合動力車的各種動力結構進行總結和對比，結合作者所研究課題的目標重點，提出了小型HEV試驗樣車中的動力組成結構方案。選用了鉛酸蓄電池+超級電容的混合電力儲能源組合方案，可以使得小型HEV對電力儲能單元的比能量和比功率要求分離開。并且把兩種混合電力儲能源在小型HEV電力驅動裝置內

3、的不同電氣連接方式及特點做了分析，指出了鉛酸蓄電池、超級電容模組和無刷直流電機逆變器三者通過兩個雙向DC/DC變換器實現的級聯結構，具有的靈活性、合理性和整體高效性。然后對比了各種不同的實用型雙向DC/DC變換器在所用功率器件的數量、對器件的電氣應力要求、損耗等方面的性能參數指標，并且結合小型HEV的實際運行工況，對比了不同拓撲在完成此方面功能的局限性，最終給出了適應小型混合動力車實際運行工況的擁有多模態工作方式的高效率雙向DC/DC變

4、換器的拓撲結構選定依據。
　　 (2)結合所采用的小型HEV的混合電力儲能源組成結構，研究了新型的雙向DC/DC變換器的拓撲和相應的控制技術。首先是針對小型混合動力車的具體運行工況，進一步提高級聯型Buck-boost雙向DC/DC變換器在特殊情況下的電能轉換效率，提出了利用單一電流采樣電阻實現雙向平均電流控制，以及較好地實現同步整流斷續工作模式等關鍵技術方法。再是在該車電力驅動裝置中采用了一種基于“3-L”結構的新型雙向軟開關

5、DC/DC變換器，而且通過理論推導、分工作階段說明了其電路的有益效果在于：保證器件承受的電壓和電流應力并沒有增加的情況下，通過“3-L”換流電路實現開關的零電壓或者零電流開通、零電壓關斷和續流二極管的零電流關斷，降低變換器的開關損耗，尤其解決了續流二極管反向恢復這一主要損耗來源，可以顯著提高變換器的效率，更加適合較大功率變換器的效率提升。
　　 (3)以提高整車的電力驅動性能和駕駛舒適度為研究目的。首先通過對無刷直流電機和相匹配

6、的DC/AC三相逆變器結構為分析對象，詳細分析了BLDCM實際的等效數學模型，提出了在HEV中選用BLDCM的原則。再是全面分析了無刷直流電機的兩類轉矩脈動的本質，其中對無刷直流電機的傳導區電磁轉矩脈動，利用能量單元分析法對其進行定量的理論推導，并在此基礎上結合小型混合動力車電力驅動系統，提出了一種新的控制策略，理論上可以消除BLDCM在傳導區內的電磁轉矩脈動；同時針對換流區轉矩脈動提出了一系列解決問題的新方法和新思路；此外由于所設計的

7、小型HEV電力驅動裝置樣機系統中，采用了多級電路結構，可以方便的實現BLDCM高速區域內的恒功率控制。
　　 本課題研究的意義在于：當前混合動力汽車的核心技術多數掌握在幾個汽車制造大國，如美國、日本和德國等，而我國要實現新能源汽車產業走在世界的最前端，必須盡早的掌握其中的核心和關鍵技術。本文正是基于這個目的，結合所學專長而展開研究，雖然以小型混合動力車為具體研究和方案實施對象。但是所設計的動力組成結構、電力驅動裝置以及控制方法，