作者/杭孟荀，沙文瀚，李庆国(奇瑞新能源轿车技能有限公司，安徽 芜湖 241002)
摘要：本文介绍了一种新能源轿车驱动体系用升压双向DC-DC，该DC-DC选用交织并联双向BOOST/BUCK拓扑电路，经过数字DSP芯片完成电源能量的双向传递及输出电压的优化操控。传统新能源轿车在一些工况下因驱动体系母线电压动摇会严重影响驱动体系的输出功用，双向DC-DC能够供给给驱动体系安稳的电压供给，别的依据驱动体系作业特性优化驱动体系的电压供给，然后提高了驱动体系的作业功率、扭矩和功率输出才能而且下降PMSM电机高速下弱磁程度，然后有用提高了整车的续航路程、整车动力性及可靠性。
关键词：双向DC-DC;交织并联;续航路程;整车动力性;驱动体系
0 导言
近年新能源轿车的产销量得到迅速增长，特别我国的产销量已经成为世界第一，人们对新能源轿车的承受程度也越来越高，国内新能源轿车产品功用也得到了极大提高，不过整车能耗这一方针跟国外比较还有必定的距离，整车能耗高将极大影响整车的续航路程，也不利于新能源轿车的进一步遍及。为此国家出台了一些方针引导整车企业重视整车能耗，鼓舞加强技能才能提高并开宣布能耗更小的整车。
驱动体系作为整车运用能量份额最大的零部件，其作业功率的提高对整车降能耗奉献最大，依据整车对驱动体系的运用场景能够将驱动体系的外特性分为三个作业区，如图1所示。城市工况作为常用工况，其对驱动体系的要求是小扭矩区长时刻作业，对应图1中的功率区，该区域也是NEDC工况最常用区域，一般此区域的驱动体系功率偏低。再者图1中A为扭矩拐点，其值较小或对应转速偏低将影响整车的爬坡功用和加快功用，A点之后电机将进入恒功率弱磁区，因弱磁电流的效果也会导致驱动体系的功率下降而且在弱磁电流效果下电机输出扭矩下降，这样也会导致整车在高速行驶时的动力性下降问题。
现在电机的发展趋势之一是高转速，高转速带来的好处是电机能够小型化，不过在动力电池电压规模没有改变的情况下，更高转速区的功率偏低，影响了整车高速行驶路程。别的惯例新能源轿车动力电池电直接供电机操控器和电机运用，在猛踩油门时会呈现母线电压因瞬间大电流在母线寄生电感效果下较大电压下跌的现象，这种情况下会影响整车驱动体系输出功用。
针对以上问题，本文选用非阻隔升降压双向DC-DC给驱动体系供给安稳且电压可调的电源供给，以驱动体系高效运转和输出扭矩更大为方针，调整DC-DC的输出电压值，然后完成整个体系的作业功用优化，提高了整车的续航路程和动力功用，别的升压后电机高速运转区域弱磁程度下降，下降了电机转子磁钢长时刻运转退磁的危险。
1 不同电压对驱动体系功用影响
经过电机台架实测同一款电机分别在不同电压下的输出外特性图，从中挑出有代表性的340 V、540 V和750
V三个电压下的驱动体系输出外特性图，如图2所示，驱动体系输入电压升高则驱动体系的高效区面积占比增大特别高速弱磁区功率会明细改进，不过输入直流电压偏低时则在小扭矩功率区的驱动体系功率会有所改进。提取相同扭矩和转速下不同电压驱动体系的最高功率合并为一个体系外特性图，能够见其高效区占比面积由340
V下的89.9649%提高到95.6227%，又因非阻隔双向DC-DC功率很高，整合后的功率区能够满意整车不同工况下整车的续航路程的提高。
从图2还能够看出跟着电压升高驱动体系的高速区扭矩更大且输出功率更大，这样有利于提高整车高速行驶的加快功用和最高车速。
2 双向DC-DC主电路规划
本文双向DC-DC选用交织并联电路，能够完成动力电池升压后供驱动体系运用，也能够完成驱动体系能量回馈电压降压后给动力电池充电，其拓扑图如图3所示。交织并联电路将主功率电路分为两路，其长处一为纹波电压、电流更小且纹波频率更高，则输入和输出侧的电容容值、体积更小，其长处二为电流分为两路使上功率电路上的损耗和电感上的沟通损耗更低。
本文规划一款交织并联双向DC-DC变换器，其详细技能参数如下：
变换器功率电路由两路并联组成，按单路电流为总电流的一半来规划单路功率电路的器材参数。考虑到DCM形式下的开关管内的峰值电流更大，更大的电流导致开关管损耗更大且选型容量更大的开关管也会添加本钱，别的更大的峰值电流也会带来更大的EMC问题，因而本文挑选CCM形式来规划主功率器材参数，考虑到开关器材及输入电压规模核算最小电感公式如下：
式式中DIL按电感均匀电流的40%核算，电感均匀电流按输入均匀电流的一半核算，因动力电池的电压是300 V~410
V这个规模，依据公式1画出电感L与电压的对应联系曲线如图4所示，然后BOOST在输入电压最大时对应的电感最大值为Lboost=200.5
mH，BUCK在最大输出电压处对应的最大电感为Lbuck=200.5 mH，归纳考虑选取独自电感的电感值为L1=L2=200mH。
依据电感电流纹波悉数流入电容发生的输出电压脉动能够核算出所需电容巨细，又因两相交织并联拓扑使流入电容的电流频率为惯例BUCK/BOOST拓扑的两倍，然后能够获得输入和输出侧电容的核算公式如下所示：
上式中R为升压输出侧等效电阻值，变换器两边纹波电压为两边电压的1%规划，依据上述可知C2=253.3 mH，C1=48.85
mH，考虑到ESR的影响，实践挑选C2=470 mH，C1=100 mH，以确保纹波电压方针达到。
3 体系操控规划
考虑到实践数字操控中ADC采样坚持和PWM更新推迟的影响，在做体系仿真中添加采样坚持和推迟环节，然后使仿真成果愈加挨近实在成果。整个操控体系选用双环操控，内环选用两路电流环，外环选用电压环操控，双环操控比单环操控在动态功用和稳态功用方面均有改进且具有均流和限流功用，然后提高了功用和可靠性。
运用PSIM里的SWEEP功用，在BOOST稳态作业点注入小信号，经过输出端口观测小信号对输出的影响能够扫描出体系的bode图。依据bode图有针对性的规划出PI补偿器，然后经过SWEEP功用扫描出补偿后的bode图，从图中能够看出补偿后开环体系相角余量在49.3°，幅值余量为-46.7
dB，截止频率为2.79 kHz。
接下来进行外环电压环规划，相似电流环规划，运用SWEEP扫描功用规划出电压环PI操控器，详细如下图所示，电压环PI补偿后整个开环体系相角余量为48.6°，幅值余量为-43.3
dB，截止频率为 703 Hz。
4 体系仿真验证
升压交织并联BOOST变换器满载95 kW输出体系仿真波形如下图所示，其输出电压均匀值为 750 V，电压纹波在2 V左右，电流纹波约45
A，仿真成果较优。
升压BOOST带半载47.5 kW发动，变换器输出电压安稳后带突加载到满载95 kW及突减载至 47.5
kW，体系仿真波形如下，由波形可知突加减载变换器的负载调整率为，别的由图7可知变换器突加减载其康复安稳电压时刻为2 ms。
4 定论
新能源轿车电驱动体系其能耗、输出功率、扭矩及弱磁程度跟其输入电压有很大联系，电压升高后会使这四方面功用有很大提高。升压整体会对降能耗有很大改进，但在小扭矩且中低转速区低电压比高电压整体能耗更低，结合驱动体系的以上作业特性以及整车运转工况，经过双向DC-DC给驱动体系供给适宜的电压，以便驱动体系一向作业在功用较好的区域，然后提高了整车的动力性、耗电经济性和可靠性。
本文依据驱动体系特性规划了一款交织并联BOOST/BUCK变换器，此变换器选用电压和电流环双环操控，其内部电流环选用两路电流环独立操控，经过PSIM仿真验证，其升压输出的动态功用和稳态功用均满意需求。
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作者简介：
杭孟荀，硕士，奇瑞新能源轿车技能有限公司，曾任奇瑞新能源DC-DC电源产品主管规划师，现任奇瑞新能源电驱体系司理
本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第3期第29页，欢迎您写论文时引证，并注明出处
