[01315693]电动汽车“电机驱动-V2G双向充电”一体化集成系统研究

能源危机和环境污染日趋严峻,可持续发展需求日益强烈。在此背景下,可再生能源技术、电动汽车技术和微网技术等清洁能源技术应运而生。电动汽车与电网互动（Vehicle to Grid,V2G）技术之前是针对大电网提出的,是将电动汽车作为分布式储能单元,以充电和放电的形式参与大电网的调控,可以缓解负荷及可再生能源波动引起的的问题。相对于大电网,微网可以孤网运行,运用可再生能源发电,所以可以将V2G技术运用在微网中,即聚集一定量的闲置电动汽车,将汽车的锂电池组作为微网中的储能系统,根据微网的状态,通过相应的调度策略实现电能在微网与电动汽车之间传递,实现两者的友好互动。 本项目将电动汽车电机驱动与V2G双向充电功能集成,实现“电机驱动-V2G双向充电”一体化集成系统。采用电机驱动与锂电池组双向充电混合拓扑方案,降低系统电路成本,提高系统整体性能指标,并有效节省汽车空间。目标是获得电机驱动与V2G双向充电新型功能集成技术,突破双向DC/DC变换器升压供电条件下永磁电机驱动优化技术、快速均衡充放电技术、双绕组驱动/隔离变压技术,实现电机驱动系统高效运行以及锂电池组快速均衡充放电。首先建立电机全转速范围内半功率升压 DC/DC 与逆变桥最优调制比动态控制方法,突破电池电压对电机反电势的限制,从而降低电机驱动系统成本以及提高系统效率,然后通过解决升压 DC/DC 变换器反向工作的控制技术问题,实现升压 DC/DC 变换器与逆变桥集成的充电功能。研究在V2G模式下电池组快速充放电与均衡充放电协调运行方法,选择合理的充放电模式和相应的充放电策略,实现装置V2G双向充电功能的安全性与高效性,最终实现“电机驱动-V2G双向充电”一体化集成,技术成果主要应用于电动汽车驱动与电池充放电领域。其性能指标为： 1、开发取得电动汽车“电机驱动-V2G双向充电”一体化新装置技术验证样机一台; 2、发表论文4篇,申报发明专利1项、实用新型专利3项,授权实用新型专利3项; 3、样机主要技术参数为： （1）驱动电机峰值功率45kW、电机最高转速9000rpm、电机驱动额定功率20kW; （2）输入电压：AC380V/AC220V; （3）电源频率：50Hz; （4）控制精度：≤±0.5％; （5）输出纹波系数：≤0.5%; （6）工作效率：≥95%; （7）工作温度：-20℃～+45℃; （8）工作湿度：≤90%; （9）工作时间：连续运行; （10）模式切换：驱动/充放电模式自动切换; （11）保护功能：短路、过流、过压、欠压; 项目的创新与突破主要有： （1）采用“电机驱动-V2G双向充电”电路拓扑结构,共用电力电子器件,实现装置永磁同步电机驱动功能和电动汽车/微电网间能量双向互动功能一体化集成,简化系统电路,减小装置体积,降低装置成本。 （2）由于电机驱动对电力电子器件的容量需求和系统散热能力的需求远大于充电时的需求。以本课题为例,电机驱动需要的IGBT容量为450A/1200V,而220VAC小功率充电时需要的IGBT容量只要20A/600V,因此IGBT在满足电机驱动能力的前提下,在进行充电时具有很大的冗余量,从而在保证电机驱动性能不变的条件下还大幅度提高了充电功能的可靠性,大幅度降低了系统的故障率,有利于大规模生产和使用。 （3）该装置从原理体现出其具有极强的充电电源兼容能力,可直接实现110VAC/50Hz、110VAC/60Hz、220VAC/50Hz、220VAC/60Hz、380VAC/50Hz、380VAC/60Hz等各类电源对车辆高压电池组进行充电。如果实现大规模应用,其车辆可以在国内外有电源供给的任何地方使用,无需考虑电压体制问题,大幅度拓宽了电动车的使用范围。 针对电动汽车驱动充电一体化集成系统,以“电动汽车“电机驱动-V2G双向充电”一体化集成系统研究”课题为依托,通过多个方案的对比研究,研制出一套电力电子变换装置,不改变原车驱动电机的“电机驱动-V2G双向充电”一体化装置。该装置体积比原车电机驱动器加车载充电机总体积减小了30%,生产成本比原车电机驱动器加车载充电器成本较小了2000元以上。获得电机驱动与V2G双向充电新型功能集成技术,突破双向DC/DC变换器升压供电条件下永磁电机驱动优化技术、快速均衡充放电技术、双绕组驱动/隔离变压技术,实现电机驱动系统高效运行以及锂电池组快速均衡充放电。该装置驱动性能与原车一致,在220/380VAC供电条件下实现持续3kW及以上高功率充电,具有良好的产业化推广前景,希望后续能进一步产业化推广应用。