Performance Evaluation of a Permanent Magnet Electric-Drive- Reconfigured Onboard Charger with Active Power Factor Correction

This paper presents a comprehensive charging operation for an electric-drive-reconfigured onboard charger(EDROC)with active power factor correction(APFC).The charging topology exclusively utilizes the three-phase permanent magnet synchronous motor(PMSM)propulsion system as a three-channel boost-type converter in which only a contactor and a small diode bridge are added.First,the operation scenario of the EDROC is introduced.Second,the relationship between electromagnetic torque and rotor position is investigated.Third,the current ripple cancellation of the EDROC is discussed in detail.Moreover,to implement the single-phase APFC along with charging voltage/current regulation of propulsion battery,control strategies including current balancing and synchronous/interleaving PWM strategies are incorporated.Finally,200W proof-of-concept prototype-based tests are conducted under different operation scenarios.

电动汽车用多相电驱重构型车载充电系统关键技术综述

电驱重构型车载充电系统为电动汽车电气部分提供了一种全新轻量化设计思路,旨在利用电驱单元分时执行电驱与充电2种变流功能。相较于三相电驱系统,多相电驱系统具有输出转矩平滑、容错性能强等诸多优势特性。鉴于此,该文首先归纳现有并网式多相电驱重构型车载充电系统的拓扑结构与控制策略,并介绍其容错运行方案;然后,着重分析太阳能电动汽车用多能量端口电驱重构型车载充电系统的工作原理与控制策略;最后,总结全文并对多相电驱重构型车载充电系统的发展方向进行展望。

基于GaN器件与磁集成技术的车载充电机实验平台研究

随着新能源汽车的普及,对车载充电机的要求越来越高。为了有效提升整机效率和功率密度,将GaN器件与磁集成技术应用于车载充电机,进行了实验平台研究。基于GaN器件设计了两级式车载充电机拓扑结构与外围电路,通过制作磁集成平面变压器,优化了CLLC变换器,完成了整机控制程序设计及2kW车载充电机实验样机搭建,并对样机进行了实验测试与波形分析。实验结果表明,实验样机具有良好的稳态特性与动态特性,整机功率因数在0.98以上,满载峰值效率达到95.22%。该平台能够帮助学生加深对电力电子技术的认识,掌握新型电力电子器件的特性及应用,锻炼实践操作能力,提高相关课程的教学质量。

集成型车载充电系统并网模式模型预测控制策略

相较于传统车载充电系统,集成型车载充电系统(integrated onboard charger system,IOCS)在成本、功率密度等方面具备显著优势。文中基于六相永磁电驱系统设计了一台IOCS,并研究了模型预测电流控制(model predictive current control,MPCC)算法在该系统并网模式下的应用。首先,分析所提IOCS的电路拓扑并建立数学模型,同时介绍传统MPCC的实施流程。然后,针对传统MPCC计算量大、稳态性能差等不足,提出一种基于占空比优化的MPCC(MPCC based on duty cycle optimization,DCO-MPCC)策略。一方面,减少备选电压矢量数量,降低电流预测环节带来的计算负担;另一方面,提出一种占空比优化技术,改善系统稳态性能。最后,通过实验验证了所提算法的有效性与优越性。实验结果表明,DCO-MPCC策略能够显著提升系统稳态性能并减少算法计算量。充电与车网互动(vehicle to grid,V2G)工况下,网侧电流总谐波畸变(total harmonic distortion,THD)分别降低6.18%与5.92%,算法运行时间减少17.54μs。

一种三相高功率ZCS-Buck型电动汽车车载充电器研究

提出了一种基于交错并联技术和Buck型三相单开关整流电路的零电流软开关ZCS(zero-currentswitching)电动汽车车载充电电路。采用多谐振结构保证Buck电路中的IGBT实现ZCS,续流二极管实现零电压软开关ZVS(zero-voltage-switching),满足车载充电器OBC(onboard charger)大功率、高效率、高功率密度的需求。首先分析了电路的工作原理,重点研究了电池负载情况下的ZCS实现条件;然后根据理论分析进行了硬件参数设计;最后,设计试制了一台8.5 k W样机进行了实验研究。利用电阻负载模拟电池特性,通过切换负载阻值模拟了三段式充电过程,结果表明所设计的OBC系统在整个三段式充电过程均能实现ZCS,且能够实现3个充电阶段的自动切换,满足蓄电池充电需求。

集成式电动汽车用车载充电器的研究

论述了一种应用于电动汽车的集成式多功能车载充电器的开发与应用背景,介绍了该款充电器的主电路结构、工作原理和主要特点,并应用计算机仿真技术对产品设计进行了检验与优化。对样机进行了功能与性能测试试验,结果表明,该款充电器具备高效和运行稳定的特点,适合车载运行。

车载充电机功率因数校正电路分析与对比

针对电动汽车车载充电机的应用,选取了传统Boost PFC电路与交错并联Boost PFC电路进行设计与实验。实验结果表明:交错并联Boost PFC电路比传统Boost PFC电路功率因数高,纹波电流小,对器件要求低,更加适合大功率车载充电机的应用。

多相电驱重构型车载充电系统绕组开路故障诊断与容错控制

电动汽车(EV)用电驱重构型车载充电系统(EDROC)因其突出的商业价值成为国内外学者的研究焦点。文中针对六相EDROC充电模式中单相绕组开路故障条件下的故障诊断与容错控制进行研究。首先,介绍了六相EDROC的电路拓扑与基本工作原理;其次,针对绕组开路故障问题,提出一种简单易行的故障诊断方法,包括故障检测与故障定位两个环节,分别通过判断电流矢量的角度变化率与绕组电流平均极性实现;然后,研究了系统单相开路故障下的容错控制,通过重新分配绕组电流幅值与相位,实现网侧电流平衡与无旋转磁场;最后,搭建了实验平台,实验结果验证了所提故障诊断方法与容错控制的正确性。

一种车载充电器用ZCS-Buck软开关拓扑研究

提出了一种基于交错并联技术和Buck型三相单开关整流电路的零电流软开关(zero-current-switching,ZCS)电动汽车车载充电电路。采用多谐振结构保证Buck电路中的IGBT实现ZCS,续流二极管实现零电压软开关(zero-voltage-switching,ZVS),满足车载充电器(onboard charger,OBC)大功率、高效率、高功率密度的需求。分析了电路的工作原理,重点研究了ZCS的实现条件,根据理论分析进行了硬件参数设计。此外,设计试制了1台8.5 k W样机并进行了实验研究,实验结果与理论分析一致,验证了分析的正确性。

基于碳化硅的车载集成PFC电路分析

电动汽车利用电网来给电池充电,从而实现长久的续航能力。通常,电动汽车在充电时,电机驱动系统是不工作的。因此,复用电动汽车电机驱动系统来实现电池充电是可行的。车载集成充电系统具有传统车载充电和非车载充电的双重优点。既能减小系统的体积、重量、花销,还能够方便用户的使用。本文提出了一个新型的车载集成图腾柱PFC变换器电路拓扑结构。并通过使用新型宽禁带半导体器件SiC提升了系统性能。本文分析了新型电路拓扑的工作模态,并进行了仿真及实验验证。实验数据表明:该电路能够实现高功率因数校正功能,适合应用于车载集成充电系统。

基于LabVIEW的车载充电机控制程序设计

针对车载充电机的控制繁琐,故障显示不清等原因,设计了基于LabVIEW的车载充电机控制程序。首先,用户在应用界面上输入电压和电流,并选择控制模式。确认参数无误后,点击开始测试。在充电过程中,程序会从CAN总线上实时读取数据并进行解析。当测试完成后,点击结束,即停止测试。通过实验证明,此程序适用于快速验证车载充电机的充电功能以及客户端现场的问题排查。

电动汽车车载充电电源交错并联LLC电路研究

基于主动功率因数校正加谐振变换器的传统两级式电源,提出了一种交错并联的谐振变换器(LLC)。在大功率电动汽车车载电源中,该方案可有效降低器件电流应力,提高功率等级,并降低输出纹波。最后通过对谐振全桥变换器的纹波计算,证明该方案在降低输出纹波上的有效性。