电动汽车中的电机是典型的有源负荷,根据不同指令,电机既可以工作在电动机状态又可以工作在发电机状态。车用电机的转速范围很宽,行驶过程中频繁加速、减速,因此动力电池电压的变化范围大。在这样的条件下,如果用动力电池组直接驱动电机运转,会造成电机驱动性能的恶化,使用DC/DC变换器可以将动力电池组的电压稳定在一个相对较高的电压值,从而可以明显地提高电机的驱动性能。另一方面,DC/DC变换器又可以将车辆制动时由机械能转化来的电能回馈给动力电池组,以可控的方式对动力电池组进行充电,在混合动力电动汽车需要较频繁起停的城市工况运行条件下,有效地回收制动能量,增加行驶里程。混合动力电动汽车采用DC/DC变换器可以优化电机控制,提高电动汽车整车的效率和性能,同时还可避免出现反向制动无法控制和变换器输出端出现浪涌电压等不利情况。
目前,大多数DC/DC变换器是单向工作的,即通过变换器的能量流方向是单向的。然而,对于需要能量双向流动的场合,如果仍然使用单向DC/DC变换器,则需要将两个单向DC/DC变换器反方向并联使用,这样虽然可以达到能量双向流动的目的,但是总体电路会变得非常复杂。双向DC/DC变换器就是可以完成这种能量流动的直接变换器。双向DC/DC变换器是在保持变换器两端的直流电压极性不变的情况下,根据实际需要完成能量双向传输的直流变换器。双向DC/DC变换器可以非常方便地实现能量的双向传输,使用的器件数目少、效率高、体积小且成本低。
双向DC/DC变换器在混合动力电动汽车上应用,直流电机基本上已经被交流电机、永磁电机所取代。在这些应用场合中,双向DC/DC变换器可以调节逆变器的输入电压,并且可以实现制动回馈。
车用交流电机具有较低的输入感抗、高功率密度、低转动惯量、转动平滑以及低成本等优点,因此得到了越来越多的应用。对于这种交流电机,如果仍然采用通常的固定直流母线电压脉宽调制的驱动方式,较低的输入感抗必然会导致电机电流波形中出现较大的纹波,同时会造成很大的铁损耗和开关损耗,使用双向DC/DC变换器就可以很好地解决这个问题。当采用这类电机直接驱动车轮时,电机电流波形的纹波是加在电机输入端子上的,电压的瞬间值和电机反电动势间的电压差值成正比,因此利用双向DC/DC变换器可以根据电机的转速来不断调整DC/AC变换器的直流侧输入电压,从而减小电机电流波形的纹波。另外,通过控制反向制动电流,双向DC/DC变换器可以将机械能回馈到动力电池组或者是一个附加的超级电容中,从而达到提高整车效率的目的。(www.daowen.com)
图6-27 电动汽车DC/DC变换器
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