一种基于WPT的电动汽车宽输入双向功率驱动系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于WPT的电动汽车宽输入双向功率驱动系统，属于电机驱动领域。旨在提供一种可进行WPT(无线电能传输)、具备宽输入电压范围以及可双向运行的功率驱动系统。该驱动系统包括：前级四开关Buck

【技术实现步骤摘要】
一种基于WPT的电动汽车宽输入双向功率驱动系统


[0001]本专利技术涉及电机驱动领域，特别是级联式变换器。

技术介绍

[0002]随着电力电子技术的发展，级联式变换器的应用领域变得十分广泛。级联式变换器可实现不同电压等级之间直流电能的变换，具有高效率、高功率密度等优点，在无线功率传输、分布式发电系统、直流不间断电源系统、智能电网、电动汽车动力驱动等领域得到了广泛的应用。
[0003]在输入电压范围较大或者输入电压等级与输出电压等级相差较大的情况下，单级变换器往往无法很好的实现电压转换，因此更需要级联变换器的使用。目前常用的级联变换器中，通常一级为非隔离型变换器，主要实现电压转换功能，还有一级为隔离型变换器，主要实现电压隔离的功能，保证变换器在宽输入电压范围内的安全性。
[0004]目前非隔离型变换器主要包括Buck电路、Boost电路以及Buck
‑
Boost电路，其中Buck
‑
Boost电路的具体结构并不完全统一，根据不同的应用场合，可选择不同的拓扑结构。隔离型变换器主要包括双有源全桥变换器(DAB)、LLC谐振变换器和CLLC谐振变换器。同时结合目前的电动车发展现状，为了使级联变换器的应用范围更加广泛，隔离型变换器中的变压器可使用松耦合高频旋转变压器，实现无线电能传输的功能。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：实现宽输入电压范围下输出母线电压的调整，实现无线电能传输，实现电机驱动和电池储能。
[0006]为了完成上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种基于WPT的电动汽车宽输入双向功率驱动系统，包括非隔离型可调压拓扑的FSBB变换器、隔离型可实现无线电能传输的CLLC谐振变换器、三相PWM变换器和永磁电机PMSM：
[0008]FSBB变换器作为前级调压电路，CLLC谐振变换器作为中间级隔离电路，三相PWM变换器作为后级负载控制电路，三级系统可实现功率的正反双向流动；
[0009]前级FSBB变换器由电感L1和4个开关管S1、S2、S3、S4组成，其中开关管S1和S2为一组桥臂，为Buck单元，开关管S3和S4为一组桥臂，为Boost单元，通过两组开关管的配合实现FSBB电路的Buck、Boost以及Buck
‑
Boost功能；
[0010]中间级CLLC谐振变换器由开关管S5
‑
S12、松耦合高频旋转变压器T1、原边谐振电容Cr1、原边谐振电感Lr1、副边谐振电容Cr2以及副边谐振电容Lr2组成；开关管S5
‑
S8组成原边侧，松耦合高频旋转变压器T1、原边谐振电容Cr1、原边谐振电感Lr1、副边谐振电容Cr2以及副边谐振电容Lr2组成谐振腔，L2为变压器励磁电感，开关管S9
‑
S12组成副边侧，松耦合高频旋转变压器T1实现无线电能传输功能；
[0011]后级负载变换器由开关管S13
‑
S18和PMSM组成，其中开关管S13
‑
S18组成三相PWM
变换器，可用于整流或者逆变；
[0012]功率正向流动时，根据永磁电机运行工况，通过切换FSBB的工作模式(Buck模式、Boost模式和Buck
‑
Boost模式)动态调整母线3电压U
C3
，将母线3电压参考值U
C3ref
与母线3实际电压U
C3
之间的差值送入PI控制器，通过PI控制器动态调整FSBB相应开关管的占空比，调整母线2电压U
C2
，进而调整母线3电压U
C3
；功率反向流动时，根据电池组电量情况，通过切换FSBB的工作模式(Buck模式、Boost模式和Buck
‑
Boost模式)动态调整母线1电压U
C1
，将母线1电压参考值U
C1ref
与母线1实际电压U
C1
之间的差值送入PI控制器，通过PI控制器动态调整FSBB相应开关管的占空比，调整母线2电压U
C2
，进而调整母线1电压U
C1
；
[0013]本专利技术具有如下有益效果：
[0014]1)本专利技术采用非隔离型FSBB变换器，隔离型CLLC谐振变换器，三相PWM变换器以及PMSM级联的形式，实现了基于WPT的电动汽车宽输入双向功率驱动功能。
[0015]2)本专利技术采用松耦合高频旋转变压器，实现了无线电能传输。
[0016]3)功率正向流动时，根据永磁电机运行工况，通过切换FSBB的工作模式(Buck模式、Boost模式和Buck
‑
Boost模式)动态调整母线3电压U
C3
，将母线3电压参考值U
C3ref
与母线3实际电压U
C3
之间的差值送入PI控制器，通过PI控制器动态调整FSBB相应开关管的占空比，调整母线2电压U
C2
，进而调整母线3电压U
C3
；功率反向流动时，根据电池组电量情况，通过切换FSBB的工作模式(Buck模式、Boost模式和Buck
‑
Boost模式)动态调整母线1电压U
C1
，将母线1电压参考值U
C1ref
与母线1实际电压U
C1
之间的差值送入PI控制器，通过PI控制器动态调整FSBB相应开关管的占空比，调整母线2电压U
C2
，进而调整母线1电压U
C1
。
附图说明
[0017]图1为基于WPT的电动汽车宽输入双向功率驱动系统拓扑概括总图。
[0018]图2为基于WPT的电动汽车宽输入双向功率驱动系统具体拓扑图。
[0019]图3为基于WPT的电动汽车宽输入双向功率驱动系统功率正向流动模式拓扑图。
[0020]图4为基于WPT的电动汽车宽输入双向功率驱动系统功率反向流动模式拓扑图。
[0021]图5为谐振电感Lr1和谐振电容Cr1并联组合，谐振电感Lr2和谐振电容Cr2并联组合后系统变形图。
[0022]图6为FSBB变换器第二个桥臂与CLLC变换器中靠近FSBB变换器的全桥中的第一个桥臂合并后系统变形图。
具体实施方式
[0023]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明，以便相关技术人员更好地理解本专利技术。
[0024]如图1所示为基于WPT的电动汽车宽输入双向功率驱动系统拓扑概括总图，包括非隔离型可调压拓扑的FSBB变换器、隔离型可实现无线电能传输的CLLC谐振变换器、三相PWM变换器和永磁电机PMSM；
[0025]FSBB变换器作为前级调压电路，CLLC谐振变换器作为中间级隔离电路，三相PWM变换器作为后级负载控制电路，三级系统可实现功率的正反双向流动；
[0026]功率正向流动时，根据永磁电机运本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于WPT的电动汽车宽输入双向功率驱动系统，其特征在于：包括非隔离型可调压拓扑的FSBB变换器、隔离型可实现无线电能传输的CLLC谐振变换器、三相PWM变换器和永磁电机PMSM；FSBB变换器作为前级调压电路，CLLC谐振变换器作为中间级隔离电路，三相PWM变换器作为后级负载控制电路，三级系统可实现功率的正反双向流动；前级FSBB变换器由电感L1和4个开关管S1、S2、S3、S4组成，其中开关管S1和S2为一组桥臂，为Buck单元，开关管S3和S4为一组桥臂，为Boost单元，通过两组开关管的配合实现FSBB电路的Buck、Boost以及Buck
‑
Boost功能；中间级CLLC谐振变换器由开关管S5
‑
S12、松耦合高频旋转变压器T1、原边谐振电容Cr1、原边谐振电感Lr1、副边谐振电容Cr2以及副边谐振电容Lr2组成；开关管S5
‑
S8组成原边侧，松耦合高频旋转变压器T1、原边谐振电容Cr1、原边谐振电感Lr1、副边谐振电容Cr2以及副边谐振电容Lr2组成谐振腔，L2为变压器励磁电感，开关管S9
‑
S12组成副边侧，松耦合高频旋转变压器T1实现无线电能传输功能；后级负载变换器由开关管S13
‑
S18和PMSM组成，其中开关管S13
‑
S18组成三相PWM变换器，可用于整流或者逆变。2.根据权利要求1所述的基于WPT的电动汽车宽输入双向功率驱动系统，其特征在于：以功率正向流动为例，该驱动系统可根据永磁电机运行工况动态调整母线3电压U
C3
；前级FSBB变换器中开关管S1和S2组成的桥臂为Buck单元，Buck模式下，开关管S1和S2互补导通，开关管S3闭合，开关管S4关断，开关管S3和S4组成的桥臂为Boost单元，Boost模式下，开关管S3和S4互补导通，开关管S1闭合，开关管S2关断；中间级CLLC变换器原边全桥H1由开关管S5
‑
S8组成，构成逆变侧，其中开关管S5和S6互补导通，开关管S7和S8互补导通，开关管S5和S8同时导通或关断，开关管S6和S7同时导通或关断，副边全桥H2由开关管S9
‑
S12组成，四个开关管均关闭，由开关管的体二极管构成整流侧。根据永磁电机运行工况，可通过切换FSBB的工作模式(Buck模式、Boost模式和Buck
‑
Boost模式)动态调整母线3电压U
C3
，将母线3电压参考值U
C3ref
与母线3实际电压U
C3
之间的差值送入PI控制器，通过PI控制器动态调整FSBB相应开关管的占空比，调整母线2电压U
C2
，进而调整母线3电压U
C3
；后级三相PWM变换器采用SVPWM控制方法，同一桥臂上开关管和下开关管互补导通，实现逆变功能驱动电机；功率反向流动时，永磁电机作为发电机，三相PWM变换器采用SVPWM控制方法，实现整流，将电能传输给CLLC变换器，CLLC变换器全桥H2作为逆变侧，全桥H...

【专利技术属性】
技术研发人员：金平，王浩，李正纯，郭玉敬，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：