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基于开绕组电机的电动汽车双电池集成充电系统准直接功率控制

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admin 发表于 2024-12-14 11:24 | 查看全部 阅读模式

文档名:基于开绕组电机的电动汽车双电池集成充电系统准直接功率控制
摘要:针对基于开绕组永磁同步电机和双电池组驱动的电动汽车提出一种集成化充电拓扑,充电运行时将双逆变器和电机绕组复用为双PWM整流器及其输入侧滤波电感.在三相电压源型整流器(VSR)和开绕组永磁电机数学模型的基础上,将电网坐标系和电机坐标系相统一,分析了充电状态下的电磁转矩.实际运行时存在双电池剩余电量不相等的情况,导致充电时双通道功率不平衡,因此设计了一种准直接功率控制策略,以解决功率不平衡带来的转矩脉动问题.最后通过仿真和实验验证了该集成化充电拓扑的可行性.

Abstract:Recently,electricvehicle(EVs)charginghasmainlyreliedonDCchargingpiles,facingchallengessuchaslargespaceoccupationandhighconstructioncosts.Scholarshaveproposedseveralintegratedbatterychargers(IBC)basedonreconfigurationrelaysorswitches.ThedrivingsystemwithpowerconvertersandphasewindingsoftheelectricmachinecanbereusedasthechargerwhentheEVisinthestandstillstatus.However,traditionalstructuresofthephasewindingsrequireadditionalswitchesforreconfigurationtopology.Thespecificopen-windingPMSMs(OW-PMSMs)emergeaspromisingcandidatesforIBCsduetotheirhighoutputpower,faulttolerance,andothercharacteristics.ThispaperproposesanIBCtopologyandcontrolstrategybasedonOW-PMSMwithdualbatterypacksforEVswithnewenergypower.Thethree-phasegridpowerisconnectedtotheneutralpointsofthethree-phasewindingsofOW-PMSMs,enablingsimultaneouschargingofdualbatterypacks.Whentheresidualpowerofdualbatterypacksisunequal,theirequivalentloadsaredifferent,andthechargingpowerareimbalanced.Accordingly,inthechargingmode,imbalancedcurrentsflowinginthephasewindingsofOW-PMSMcanleadtotheoutputtorque,whichhasasideeffectontheproposedIBCsystem.Therefore,aquasi-directpowercontrol(QDPC)strategyisdesignedtosuppressthetorquepulsation.Firstly,amathematicalmodelforthedual-batteryintegratedchargingsystembasedonOW-PMSMiscarriedout.Thegridandmotorcoordinatesystemsareunifiedtosimplifytheelectromagnetictorqueexpressionduringthechargingmode.Then,toeliminatetheoutputtorqueoftheproposedsysteminthechargingmodewhenthedualchannelchargingpowerisequal,abasiccontrolstrategyforthebalancedchargingpowerisdesigned.However,thephase-lockedloop(PLL)anddecouplingofthedq-axisvoltagemayconsumealotofcomputingresourcesandaffectthedynamicperformanceoftheproposedsystem.Thus,theQDPCstrategyisderivedanddesignedtoobtaintheαβ-axiscurrentcontroldirectlyintherotatingcoordinatesystem.Thecorrespondingparametersinthedual-loopofcurrentandvoltagearealsodesignedindetail.SimulationandexperimentalresultsdemonstratethattheoutputtorquefortheproposedIBCsystemwithimbalancedequivalentloadscanbeeliminated.Steady-stateexperimentsareconductedatloadratiosof0.75,1,and1.5,anddynamicexperimentsareconductedundervariableloadsandvoltages.WiththeproposedQDPCstrategy,thesteady-statechargingtorqueislessthan1.15N·munderdifferentloadratios,andthedynamicchargingtorqueislessthan1.21N·mundervariableloadsandvoltages.Moreover,thedynamicchargingtorqueoftheproposedsystemisreducedby60%comparedtothebasiccontrolstrategy.TheproposedQDPCstrategyfortheproposedOW-PMSMimprovesdynamicperformance.

作者:郭磊   魏佳丹   王艺威   周波   王寅 Author:GuoLei   WeiJiadan   WangYiwei   ZhouBo   WangYin
作者单位:南京航空航天大学多电飞机电气系统工信部重点实验室南京211106宁波海仕凯驱动科技有限公司宁波315300
刊名:电工技术学报 ISTICEIPKU
Journal:TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety
年,卷(期):2024, 39(10)
分类号:TM351
关键词:集成化充电拓扑  开绕组永磁同步电机  双电池组  准直接功率控制  
Keywords:Integrateddual-batterychargingtopology  open-windingpermanentmagnetsynchronousmotor  dualbatteries  quasi-directpowercontrol  
机标分类号:TM351TM464TM910.6
在线出版日期:2024年5月31日
基金项目:江苏省自然科学基金,科技创新重大专项资助项目基于开绕组电机的电动汽车双电池集成充电系统准直接功率控制[
期刊论文]  电工技术学报--2024, 39(10)郭磊  魏佳丹  王艺威  周波  王寅针对基于开绕组永磁同步电机和双电池组驱动的电动汽车提出一种集成化充电拓扑,充电运行时将双逆变器和电机绕组复用为双PWM整流器及其输入侧滤波电感.在三相电压源型整流器(VSR)和开绕组永磁电机数学模型的基础上,将...参考文献和引证文献
参考文献
引证文献
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2024-12-14 11:24 上传
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