纯电动汽车充电体系稳固性与谐波特性概述

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1、纯电动汽车充电体系稳固性与谐波特性概述1引言1.1课题的研究背景及意义珍惜地球上有限的自然资源，保护人类赖以生存的自然环境，减少温室气体的排放，遏制全球变暖已成为世界各国面临的共同课题。在这种大背景下，汽车工业正由燃油时代向电动化时代转变，为了保护自然环境与有效的面对能源危机，各国政府加大了对电动汽车产业的政策支持。⑴[2]电动汽车是全部或部分以电力为动力源的汽车，相对于以汽油为动力源的传统汽车而言，电动汽车在环保与节能等方面占据着明显的优势。电动汽车产业的发展形成了三个主要方向：混合动力汽车、纯电

2、动汽车、燃料电池电动汽车。完全由二次电池提供动力的纯电动汽车，被一些学者认为是未来电动汽车产业的发展方向。纯电动汽车本身不排放有害气体，可以充分利用晚间富余电力，提高能源利用效率，提高经济效益。[2][3]电动汽车能源供给体系对于电动汽车产业而言是不可或缺的重要组成部分。当蓄电池的电能用完之后就必须使用充电系统对电池进行充电，从而满足电动汽车的能源需求[4]。因此，电动汽车的普及需要有相应的充电系统作为配套支撑。目前，国内在电动汽车示范应用方面幵展了大量工作，取得了一定成效，但在充电系统的整体设计上

3、缺乏系统性的研究，充电机在组成充电系统的过程中缺乏统一的设计标准，导致充电模块间出现兼容匹配问题，对充电系统的稳定性与谐波电能质量产生重大的影响。充电系统由充电机组成，充电机通常由三相P整流器与DC-DC变换器等充电模块组成。在实际的充电系统中，涉及各个充电模块间的级联、并联、串联等多种协同工作的形式。各个充电模块之间的相互作用以及充电系统与电网和动力电池之间的相互作用对充电系统的稳定性、瞬态响应及谐波特性产生影响，使充电系统的设计难度加大。充电机的各个子模块通常根据功率等级的要求分别进行设计与测试

4、，因此组成充电系统后的充电模块可能出现性能下降及不稳定的问题，需要找出引起系统不稳定及性能下降的因素，给充电模块的设计提供理论支撑，从源头上解决充电模块互联后出现的系统稳定性与谐波电能质量问题。1.2纯电动汽车充电系统概述纯电动汽车充电站结构如图1-1所示，包括配电系统、充电系统、电池调度系统、充电站监护系统等部分。其中充电系统是整个充电站的核心部分，为纯电动汽车的动力电池组充电提供符合技术要求的电源，它必须满足多种形式的充电需求，提供方便、安全和快捷的全方位服务。常用的纯电动汽车充电系统基本结构如

5、图1-2所示。共交流母线结构如图1-2(a)所示，充电机的输入端为交流电压源，所有的充电机共用一条交流母线，这种结构的优点是，充电机可以模块化设计，单独调整，缺点是每个充电机都需要整流装置。共直流母线结构如图1-2(b)所示，充电系统由一个大功率的P整流器将电网提供的交流电压转换成直流电压形成直流母线，直接给动力电池组充电的多个DC/DC变换器连接在直流母线上，这种结构便于对电能质量进行统一治理。输出扩流模式如图1-2(C)所示，为了增大充电机的功率可以将多个小功率充电机输出端并联使用，增加输出电流

6、。在纯电动汽车充电站中，通常根据具体情况混合使用这三种充电结构，部分充电机由直流母线供电，部分充电机由交流母线供电，部分充电机输出端并联给动力电池组充电。..2纯电动汽车充电机统一线性多端口模型2.1纯电动汽车充电机统一线性端口等效模型纯电动汽车充电机主要由输入级P整流器与输出级DC/DC变换器两部分组成，如图2-1所示。若将纯电动汽车充电系统划分为若干模块，其中包括电网DC变换器模块相连接的输出端口。进一步对三相P整流器进行降阶处理，可以将P整流器简化成为一个在两相同步旋转坐标系中的二端口电路。D

7、C/DC变换器模块是一个输入部分与P整流器相连接，输出部分与动力电池相连接的二端口电路。因此，整个电动汽车充电系统稳态与动态特性可以使用其各个模块的二端口等效电路来研究。若将纯电动汽车充电机的各个模块看作二端口，其输入、输出端口的电压和电流，假设开关网络消耗的功率为零，那么根据二端口参数关系，可以推导出充电机的各个模块输入、输出端口变量之间所应满足的约束关系。.2.2纯电动汽车充电机AC-DC模块统一线性多端口模型三相P整流器具有网侧功率因数可控，网侧电流正弦化，直流侧电压可调节等优点被广泛的应用于

8、纯电动汽车充电机中。将三相P整流器的开关网络分为三组桥臂。图2-6为三相P整流器中的一个桥臂，由两个开关器件组成，输入端口为电流型端口，包含一个电感；输出端口为电压型端口，其后连接电容。为了保证输入端口电感不出现断路的情况，输出端口电容不出现短路的情况，在任何时刻桥臂中的两个开关总有一个导通，式(2>4)可以表示这一特性。由于桥臂中的两个开关具有互补导通的特性，因此可以用图2-7所示的理想单刀双掷开关表示桥臂。状态空间平均法被广泛的应用于DC-DC变换器中，建立