复合能量源电动汽车用双向三电平DC-DC变换器研究

摘要

能源是人类发展进步的动力，然而近些年随着工业的发展，对化石资源的需求量急速增长，造成能源紧缺、环境污染等问题，因此应大力发展清洁能源，推动能源变革，实现可持续发展。汽车作为人们生活不可缺少的交通工具，所排放出的尾气严重影响了城市的空气质量。大力研发与推广电动汽车是解决能源短缺与环境问题的最佳途径。双向DC-DC变换器作为复合能量源电动汽车的核心部件，在电力变换与能量传递方面起着至关重要的作用。 在研究学习国内外多种双向DC-DC变换器的基础上，本文针对复合能量源电动汽车应用背景，提出一种双向三电平DC-DC变换器，可以在实现大比例升降压功能的同时，避免了极端占空比的出现。同时详细分析了变换器在Buck降压模式与Boost升压模式下的调制策略与运行原理。此外在控制策略方面，针对该双向三电平变换器，分析电容电压不平衡原因，提出电容电压平衡控制策略，同时分析电感电流纹波特性，提出电感电流纹波优化策略，并针对复合能量源系统的实际应用背景，设计变换器双向切换控制策略。 最后对功率回路、控制回路的硬件参数进行设计，搭建双向三电平 DC-DC变换器实验样机一台，其额定功率为1.2kW，并进行了相应的实验。通过观察不同占空比情况下的变换器输出特性、功率开关的电压应力、电感电流纹波特性以及变换器双向切换特性，验证了变换器运行原理分析的正确性以及控制策略的可行性与有效性。

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