串联混合动力系统电耦合装置

热度:Loading...   日期:17-03-25, 08:53 AM   来源:陆地方舟集团   

串联混合动力系统电耦合装置

 

电耦合装置是用于将三个动力源(发动/发电机、峰值电源和牵引电动机)组合在一起的唯一耦合点,其主要功能是在这些动力源和能源之间调节功率(电流)流。实施功率(电流)调节是基于端电压的正确控制,其最简单的结构如图5 - 24所示,是直接将三个端口连接在一起。

 

这一构造是最简单的,且成本最低。其主要优点是总线电压等于发电机的整流电压,以及峰值电源的端电压。总线电压取决于以上两电压的最小值,功率流仅由发电机电压控制。为向牵引电动机或峰值电源或同时向两者传送功率,发电机的开路电压(零电流)经整流后,必须高于峰值电源的端电压。此可通过控制发动机的节气门或发电机的磁场或同时控制两者来实现。当控制发动机/发电机产生其整流后的端电压等于峰值电源开路电压时,峰值电源并不提供功率,而是发动机/发电机单独向电动机供给功率。当发动机/发电机的整流电压低于峰值电源端电压时,峰值电源单独向电动机供给功率。在再生制动情况下,由牵引电动机供电的总线电压必须高于峰值电源的端电压,但是由牵引电动机发电产生的电压通常正比于电动机的转速。因此,在低速时再生制动的性能将颇受制于其设计。十分明显,作为简单的设计,要求发动机/发电机和峰值电源具有相同的额定电压。这一约束条件起因于高电压,可导致重型的峰值电源。

 

串联混合动力系统电耦合装置

 

添加一个DC/DC变换器,从而可以不受该电压约束条件的限制,显著地完善了电驱动系的性能。两个可供选择的结构如图5-25和图5-26所示。在图5-25所示的结构中,DC/DC变换器位于峰值电源和DC总线之间,而发动机一发电机一整流器是直接与DC总线相连的。此时,峰值电源可允许不同于DC总线电压,而发动机/发电机的整流电压则总等同于DC总线电压。在图5-26所示的结构中,DC/DC变换器位于发动机一发电机一整流器和DC总线之间,而峰值电源是直接与DC总线相连的。与图5- 24的结构相反,DC/DC变换器调节了发动机/发电机的整流电压和峰值电源电压始终等于DC总线电压。

 

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在这两种结构中,图5-25的结构更为合适,其优于另一结构的优点主要有:①峰值电溺电压的变动不影响DC总线电压;②峰值电源中的能量可被充分地利用;③通过控制发动机能节气门或发电机的磁场或同时控制两者,能保持DC总线电压;④可应用低电压的峰值电源!从而可引入既小又轻的峰值电源单元,且成本低;⑤在再生制动和由发动机/发电机充电期间!可调节峰值电源的充电电流。

 

串联混合动力系统电耦合装置

 

显然,此结构中的DC7DC变换器应是双向作用的。在峰值电源额定电压低于DC总线电压的情况下,DC/DC变换器必须升高峰值电源电压至DC总线电平,向DC总线传送其功率,并将DC总线电压降至峰值电源充电电压的电平,向峰值电源充电。在再生制动情况下,若处于给定的低速状态,由牵引电动机发电产生的电压仍高于峰值电源的电压,则在峰值电源充电范围内,降压型DC/DC变换器仍是适用的。但是,若处于给定的低速状态,由牵引电动机发电产生的电压低于峰值电源的端电压,则DC/DC变换器可要求升高DC总线电压,向蓄电池组充电。在这种情况下,需要一个降压/升压型DC/DC变换器。所要求的DC/DC变换器的基本功能见表5-2。

 

 

串联混合动力系统电耦合装置

 

图5-27给出了连接在低电压峰值电源和高电压DC总线之间双向作用的DC/DC变器,即应用于峰值电源放电(牵引)时的升压,以及应用于由发动机/发电机或由再生制动向峰值电源充电时的降压。在峰值电源放电(牵引)模式中,开关Sl关断,而开关S2周期地接通和关断。在S2接通期间,电感Ld由峰值电源供给能量,而负载由电容C供给功率,如图5-28(a)所示。在S2关断期间,峰值电源和电感两者共同向负载供给能量,且电容C充电,如图5-28(b)所示。

 

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在峰值电源由发动机/发电机充电的模式中,或在再生制动状态下由牵引电动机充电的模式中,DC/DC变换器将DC总线的高电压降至峰值电源的低电压。此时,开关S1和二极管Ⅵ)2用以代替单向作用的降压变换器。对应于S1接通和关断期间的电流的流通,如图5-29所示。

 

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已如前述,在再生制动情况下,当处于低速状态的由牵引电动机发电产生的电压较低于峰值电源的电压时,则需要一个双向的升压/降压型DC/DC变换器。这样一个双向的升压/降压型DC/DC变换器如图5-30所示,其在峰值电源放电和充电模式中的基本运行如下。


在峰值电源放电模式中,也就是说,将峰值电源电压升高至DC总线的电平,开关Sl始终接通,开关S2和S3始终关断,而S4以如图5- 30中所示S2相同的方式,周期地接通和关断。对应于再生制动或发动机/发电机充电模式中,DC总线电压高于峰值电源电压情况下的峰值电源充电模式,也就是说,DC总线电压需降压至峰值电源的电平,开关Sl、S2和S4关断,而S3以如图5-30中所示的相同方式,周期地接通和关断。对应于DC总线电压低于峰值电源电压(处于低速的再生制动)情况下的峰值电源充电模式,也就是说,DC总线电压需升压至峰值电源的电平,开关Sl和S4保持关断,S3接通,而S2周期地接通和关断。在S2接通期间,电感Ld由DC总线通过S3和S2充电;在S2关断期间,DC总线和电感两者通过S3和VD1向峰值电源充电。

 

实际上,对于图5-30所示的DC/DC变换器,若峰值电源电压高于DC总线电压,则其使峰值电源电压降压至DC总线电压的功能是多余的,因这一情况在现在的应用中理应是绝对不会发生的。

 

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