多重串联型逆变器在电动汽车中的应用
设单元逆变器的状态函数
fi=
以A相为例,假设A相由m个单元逆变器串联组成,中性点电压恒定,则A相输出电压为
vaN=fiVi
式中:Vi为第i单元逆变器蓄电池电压。
对于三相n重串联型逆变桥,由以上分析可知,每单相可输出2n种电压,则三相可组合出的空间电压矢量个数为8n3。考虑到输出矢量必须维持中性点电压的稳定,在静态坐标系中可行的空间矢量种类数量为3(2n)(2n-1)+1[3]。则对于三相二重串联型逆变桥,可选择空间矢量个数为37。
3.3 开关组合选择
多重逆变桥开关组合的原理框图如图3所示。
图 3 多 重 逆 变 桥 开 关 组 合 选 择
由于多重逆变器存在开关冗余状态,即对于同一个空间矢量,可通过多个开关组合实现,这是由于多重逆变器的特点决定的。由于开关组合不再唯一,为使每一开关器件工作频率相等,在选择空间矢量后,还需要进行开关频率均衡控制,选择合适的开关组合。
4 中性点的偏移
对于图4所示的两电平的三相逆变器,以N′的电压为参考电压,则UN′=,其中性点N的电压是脉动的,脉动幅度为Ud/6,波形如图5所示[3]。对于多重逆变器而言,其输出的电平有多种,以二重逆变器为例,假设每单元逆变器直流侧电压为Ud,输出的uUN′,uVN′,uWN′是阶梯波,阶梯波的电平分别为Ud,2Ud,如图6所示。设uN=Ud,由
uNN′=(uUN′+uVN′+uWN′) (4)
可得 uNN′=0
图4 三 相 电 压 型 桥 式 电 路
图5 中 性 点N的 电 压 波 形
图6二 重 逆 变 桥 输 出 的 电 压 波 形
可见,在二重逆变桥工作过程中,通过合适选择输出矢量,中性点N的电压可以保持恒定。
5 蓄电池的均衡充放电
由于电动汽车的工况随着驾驶情况的不同而改变,因此电机的电压也是在随时波动。对于多重逆变器而言,并不是所有电池都参与电流的提供。在低调制系数下,仅有少数电池贡献电流。这部分电池相对其它电池而言,放电速度更快些。
为平衡电池的放电,有人提出采用交替导通的方法,均衡电池的放电[4]。这一方法用于两重逆变器时,开关波形分配如图7所示。
图7两 重 逆 变 器 采 用 交 替 导 通 的 方 法 均 衡 蓄 电 池 的 放 电
蓄电池充电和再生制动时,多重逆变器作为整流器工作。每单元逆变器当上桥臂或下桥臂全部导通时,该逆变器的蓄电池组则被旁路。设n个逆变桥串联,i个逆变器被旁路,则输出电压为(n-i)Ud。通过旁路方式,可灵活的对蓄电池组充电,还可控制再生制动的力矩。
6 结语
多重串联型逆变器适用于大功率的电动汽车驱动系统。采用多重串联型结构,可降低多个蓄电池串联带来的危险,降低器件的开关应力和减少电磁辐射。但需要的电池数增加了2倍。
多重串联型结构输出电压矢量种类大大增加,从而增强了控制的灵活性,提高了控制的精确性;同时降低电机中性点电压的波动。为维持每组蓄电池电量的均衡,在运行时需要确保电池的放电时间一致。通过旁路方式,可灵活地对蓄电池组充电,还可控制再生制动的力矩。
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