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电动车用高效率双向DC-DC变换器的设计

刘文军;马红波;唐娟

【摘要】针对传统以蓄电池作为动力的电动车存在功率密度小、电池寿命短、动

态响应慢的问题,提出了以超级电容加双向DC-DC变换器为辅助动力方案.该方案

在弥补电池特性缺陷的同时,提高了整个系统的能源利用率.在介绍了混合动力电动

车系统架构的基础上,研究和设计了该系统中的关键部件——双向DC-DC变换器,

并分析了其控制策略及模式切换策略.1.5kW原理样机的实验结果很好地验证了研

究方案的有效性.%Thetraditionalelectricvehiclehasproblemssuchaslow

powerdensity,shortbatterylifetimeandslowdynamicresponse.Inorderto

solvetheselimits,theauxiliarypowersystemconsistingofsupercapacitor

andbi-directionalDC-DCconverterwasproposedanddeveloped.The

proposedsolutionnotonlycanmakeupforthelimitationsofthesingle

batterystructure,butalsocanimprovetheenergyutilization.Onthebasis

ofintroducingthesystemstructureofthehybridelectricvehicle,thebi-

directionalDC-DCconverterwasstudiedanddesigned.Thecontrol

strategiesandmode-switchingstrategieswerediscussed.A1.5kW

prototypewasfabricatedandtestedinthelaboratory,andtheresultsshow

theeffectivenessoftheproposedsolution.

【期刊名称】《电源技术》

【年(卷),期】2018(042)001

【总页数】4页(P111-113,118)

【关键词】电动车;蓄电池;双向DC-DC变换器;超级电容

【作者】刘文军;马红波;唐娟

【作者单位】西南交通大学电气工程学院,四川成都610031;西南交通大学电气工

程学院,四川成都610031;西南交通大学电气工程学院,四川成都610031

【正文语种】中文

【中图分类】TM46

随着能源短缺、环境污染等问题的日趋严重，节能、环保型电动车成为工业界和学

术界研究的热点[1]。传统的电动车采用蓄电池作为储能元件，不仅循环寿命次数

有限，而且功率密度较低，电动车在快速启动、加速及爬坡时，蓄电池必须提供较

大的放电电流[1]。蓄电池经常过放不仅会造成其端电压大幅降低，影响电机正常

运行，而且会缩短蓄电池寿命。其他储能元件（如超级电容、其他类型电池等）由

于能量密度低，不适合单独作为电动车动力系统的能量源。但是由于其与蓄电池特

性互补，可以作为电动车的辅助动力源。因此，为了实现系统中储能元件的协同工

作，双向DC-DC变换器就成为此类系统必不可少的关键部件[2]。

通常来讲，双向DC-DC变换器可分为隔离型和非隔离型两种。文献[3-4]提出了

隔离型双向DC-DC变换器的多种拓扑及控制策略，但主要用于低压输入、高压输

出且需要隔离的场合。非隔离型双向DC-DC变换器主要用于不需要隔离的应用场

合，其中Buck/Boost双向变换器因其高效率、低成本和控制简单的特点，成为非

隔离场合的首选。目前，国内外学者针对Buck/Boost型双向变换器进行了相关研

究和讨论，但其均是面向高压母线场合[5-8]。本文在分析混合动力电动车典型系

统架构的基础上，设计了一款高效率的双向DC-DC变换器，并就变换器的工作模

式和控制策略进