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2010 电 力 电 子 新 技 术 与 新 能 源 学 术 论 坛 同 济 大 学 电 子 与 信 息 工 程 学 院 电 气 工 程 系 新 能 源 利 用 与 电 气 装 备 研 究 室 张 逸 成 教 授 2010 年 12 月 10 日

2010 电 力 电 子 新 技 术 与 新 能 源 学 术 论 坛 1 燃 料 电 池 电 动 汽 车 动 力 系 统 构 成 2 大 功 率 DC/DC 变 换 器 拓 扑 3 车 载 DC/DC 变 换 器 特 殊 要 求 4 国 内 国 际 电 动 汽 车 电 磁 兼 容 相 关 标 准 5 同 济 大 学 NEEE 研 究 室 简 介 及 其 车 载 DC/DC 变 换 器 性 能 指 标 6 车 载 DC/DC 变 换 器 电 力 电 子 新 技 术

2010 电 力 电 子 新 技 术 与 新 能 源 学 术 论 坛 1 燃 料 电 池 电 动 汽 车 动 力 系 统 构 成 近 年 来, 由 于 能 源 危 机 和 环 境 污 染, 世 界 各 国 均 在 投 巨 资 发 展 电 动 汽 车 燃 料 电 池 将 化 学 能 直 接 转 化 为 电 能 作 为 车 载 动 力 然 而, 燃 料 电 池 作 为 车 载 能 源 大 都 具 有 一 个 缺 点, 即 输 出 电 压 电 流 特 性 偏 软, 且 在 干 扰 下 不 稳 定 故 在 燃 料 电 池 电 动 汽 车 中, 需 要 在 燃 料 电 池 与 逆 变 器 之 间 增 加 DC/DC 变 换 器 来 转 换 电 压 和 稳 压, 使 燃 料 电 池 能 够 与 逆 变 器 配 合 工 作 燃 料 电 池 DC/DC 变 换 器 三 相 逆 变 器 电 动 机 燃 料 电 池 汽 车 动 力 系 统 框 图

1 燃 料 电 池 电 动 汽 车 动 力 系 统 构 成 2010 电 力 电 子 新 技 术 与 新 能 源 学 术 论 坛 燃 料 电 池 汽 车 动 力 系 统 包 括 燃 料 电 池 DC/DC 变 换 器 双 向 DC/DC 变 换 器 蓄 电 池 DC/AC 变 换 器, 电 动 机 等 多 个 部 件 节 点 为 了 弥 补 汽 车 启 动, 加 速 时 燃 料 电 池 所 提 供 的 瞬 时 功 率 的 不 足, 越 来 越 多 的 燃 料 电 池 汽 车 引 入 了 超 级 电 容 或 蓄 电 池 等 储 能 设 备 1) 在 燃 料 电 池 发 电 前 通 过 双 向 DC/DC 变 换 器 升 高 电 压, 提 供 较 高 的 总 线 电 压 能 量, 保 持 电 源 输 出 功 率 的 稳 定 ; 2) 当 汽 车 加 速 时, 超 容 量 电 容 器 通 过 双 向 DC/DC 变 换 器, 可 以 提 供 所 需 的 峰 值 功 率 ; 3) 当 汽 车 制 动 时, 逆 变 器 和 双 向 DC/DC 变 换 器 将 再 生 制 动 的 能 量 存 储 到 超 容 量 电 容 器 中, 提 高 了 电 动 汽 车 的 加 速 和 减 速 性 能 燃 料 电 池 汽 车 动 力 系 统 框 图 ( 包 含 储 能 设 备 )

2 大 功 率 DC/DC 变 换 器 拓 扑 2010 电 力 电 子 新 技 术 与 新 能 源 学 术 论 坛 不 需 要 DC/DC 变 换 器 元 器 件 数 量 更 少, 但 性 能 差 需 要 DC/DC 变 换 器 可 以 使 电 机 的 转 速 工 作 范 围 更 广

2 大 功 率 DC/DC 变 换 器 拓 扑 2010 电 力 电 子 新 技 术 与 新 能 源 学 术 论 坛 首 要 问 题 : 能 量 存 储 单 元 的 摆 放 位 置 以 100KW 系 统 为 例,20% 能 量 来 至 于 储 能 系 统 (LV 单 元 ),80% 能 量 来 自 于 燃 料 电 池 (HV 单 元 ) 二 种 方 案 : 1. 需 要 20KW 双 向 DC/DC; 2. 需 要 80KW 单 相 DC/DC; 趋 势 : 由 于 方 案 2 的 体 积 成 本 更 大, 方 案 1 是 一 种 趋 势

2 大 功 率 DC/DC 变 换 器 拓 扑 2010 电 力 电 子 新 技 术 与 新 能 源 学 术 论 坛 非 隔 离 双 向 DC/DC Boost 类 型 Buck 类 型 Buck-Boost 器 件 多, 成 本 高, 效 率 低 但 当 蓄 电 池 电 压 和 燃 料 电 池 电 压 有 重 叠 时,Buck 和 Boost 变 换 器 无 法 适 用

2 大 功 率 DC/DC 变 换 器 拓 扑 2010 电 力 电 子 新 技 术 与 新 能 源 学 术 论 坛 1. 必 要 性? A 要 求 输 入 侧 和 输 出 侧 电 气 隔 离 ; B. 升 压 比 需 求 较 高 2. 基 本 拓 扑 类 型 : A. Current Fed 电 流 应 力 较 大 B. Voltage Fed 整 流 二 极 管 电 压 应 力 较 大

2 大 功 率 DC/DC 变 换 器 拓 扑 2010 电 力 电 子 新 技 术 与 新 能 源 学 术 论 坛 L-type 电 流 源 型 : 与 传 统 半 桥 相 比, 电 感 尺 寸 更 小, 但 仍 然 较 大 全 桥 电 流 型 : 开 关 应 力 最 小

2 大 功 率 DC/DC 变 换 器 拓 扑 2010 电 力 电 子 新 技 术 与 新 能 源 学 术 论 坛 多 相 DC/DC 变 换 器 非 隔 离 类 型 优 点 : 采 用 了 错 相 技 术, 其 总 的 纹 波 电 流 很 小 同 时 纹 波 电 流 小, 同 济 大 学 电 气 工 程 系 新 能 源 电 利 容 用 的 与 电 流 气 应 装 力 备 也 研 变 究 小 室, 可 以 采 用 薄 膜 电 容

2 大 功 率 DC/DC 变 换 器 拓 扑 2010 电 力 电 子 新 技 术 与 新 能 源 学 术 论 坛 双 向 好 处 : 1. 可 以 使 用 PSM 技 术 实 现 ZVZCS; 2. 更 适 合 于 大 功 率 ; 3. 变 压 器 变 比 变 为 传 统 的 一 半 ; 4. 错 相 技 术 可 以 提 高 系 统 的 功 率 密 度 单 向

2010 电 力 电 子 新 技 术 与 新 能 源 学 术 论 坛 3 车 载 DC/DC 变 换 器 特 殊 要 求 耐 压 体 积 重 量 GB/T 24347-2009 于 2010 年 2 月 1 日 开 始 实 施 温 度 -20~60 湿 度 5~95 耐 振 性 QC/T 413-2002 电 磁 兼 容 :EMI:GB18655-2002;EMS:GB/T 17619-1998 (GB/T18488 电 动 汽 车 用 电 机 控 制 器 相 关 电 磁 兼 容 要 求 : EMI:GB14023-2006 ;EMS: GB/T 17619-1998)

2010 电 力 电 子 新 技 术 与 新 能 源 学 术 论 坛 4 电 动 汽 车 电 磁 兼 容 相 关 标 准 GB18655-2002 用 于 保 护 车 载 接 收 机 的 无 线 电 骚 扰 特 性 的 限 值 和 测 量 方 法 CISPR-25 GB/T 17619-1998 机 动 车 电 子 电 器 组 件 的 电 磁 辐 射 抗 扰 性 限 值 和 测 量 方 法 95/54/EC GB/T21437 道 路 车 辆 -- 由 传 导 和 耦 合 引 起 的 电 骚 扰 的 限 值 和 测 量 方 法 GB/T19951 道 路 车 辆 - 静 电 放 电 的 电 骚 扰 试 验 方 法 GB/T18387-2001 电 动 车 辆 的 磁 场 和 电 场 强 度 的 限 值 和 测 量 方 法 GB/T18488-2006 电 动 汽 车 用 电 机 及 其 控 制 器 GB 14023-2000 车 辆 机 动 船 和 由 火 花 点 火 发 动 机 驱 动 的 装 置 的 无 线 电 骚 扰 特 性 的 限 值 和 测 量 方 法 GB/T 24347-2009 电 动 汽 车 DC/DC 变 换 器 ISO-7637 ISO-10605 SAE J551/5 CISPR-12

2010 电 力 电 子 新 技 术 与 新 能 源 学 术 论 坛 5 同 济 大 学 NEEE 研 究 室 简 介 及 DC/DC 变 换 器 性 能 指 标 新 能 源 利 用 与 电 气 装 备 研 究 室 1) 承 担 奥 运 会 VIP 用 燃 料 电 池 轿 车 60kW DC/DC 变 换 器 研 制 与 生 产 任 务, 奥 运 会 期 间 取 得 了 零 故 障 记 录 2) 承 担 上 海 世 博 会 燃 料 电 池 轿 车 60kW 和 燃 料 电 池 大 巴 75kW 的 DC/DC 变 换 器 研 制 与 生 产 任 务, 目 前 为 止, 运 行 情 况 良 好 3) 为 上 汽 华 普 上 海 奥 威 等 多 家 单 位 研 制 了 专 用 大 功 率 DC/DC 变 换 器 4) 十 五 十 一 五 期 间, 研 究 室 共 承 担 国 家 863 863 新 能 源 汽 车 重 大 专 项 4 轮 次, 累 计 经 费 达 一 千 多 万 圆 5)150kW 双 向 DC/DC 变 换 器 已 研 制 成 功 并 交 付 使 用,3.3kW 车 载 充 电 器 样 机 研 制

2010 电 力 电 子 新 技 术 与 新 能 源 学 术 论 坛 5 同 济 大 学 NEEE 研 究 室 简 介 及 DC/DC 变 换 器 性 能 指 标 1)250KW 大 功 率 DC/DC 变 换 器 研 制 平 台 本 试 验 平 台 拥 有 300kVA(Vmax Vmax:2500V,Imax Imax: 500A) 的 AC/DC 直 流 电 源 系 统 可 调 大 功 率 电 阻 负 载 基 于 该 平 台 开 展 的 研 究 工 作 有 : >> 新 能 源 电 动 汽 车 用 大 功 率 DC/DC 变 换 器 研 制 >> 双 向 大 功 率 DC/DC 变 换 器 智 能 控 制 技 术 研 究 >> 大 功 率 电 力 电 子 变 换 器 快 速 性 和 稳 定 性 研 究 >> 高 效 软 开 关 电 力 电 子 变 换 器 研 究 >> 大 功 率 电 力 电 子 装 置 并 联 运 行 技 术 研 究 >> 大 功 率 电 力 电 子 装 置 可 靠 性 研 究

2010 电 力 电 子 新 技 术 与 新 能 源 学 术 论 坛 5 同 济 大 学 NEEE 研 究 室 简 介 及 DC/DC 变 换 器 性 能 指 标 2) 大 功 率 电 力 电 子 装 备 电 磁 兼 容 研 究 平 台 本 试 验 平 台 拥 有 Emscan 电 磁 干 扰 扫 描 系 统, 连 续 波 传 导 抗 扰 度 测 试 系 统, 传 导 发 射 测 试 系 统 辐 射 发 射 测 试 系 统 静 电 放 电 模 拟 系 统, 并 与 上 海 市 电 磁 兼 容 测 试 重 点 实 验 室 开 展 了 深 度 合 作, 共 享 其 暗 室 等 资 源 基 于 该 平 台 开 展 的 研 究 工 作 有 : >> 电 力 电 子 装 备 电 磁 干 扰 诊 断 与 抑 制 技 术 的 研 究 >> 电 磁 干 扰 建 模 与 仿 真 分 析 >> 新 能 源 汽 车 电 磁 兼 容 测 试 技 术 与 标 准 研 究

2010 电 力 电 子 新 技 术 与 新 能 源 学 术 论 坛 5 同 济 大 学 NEEE 研 究 室 简 介 及 DC/DC 变 换 器 性 能 指 标 3) 其 它 测 试 仪 器

额 定 输 出 功 率 (kw kw) 过 载 能 力 ( 持 续 1 分 钟,%) 额 定 功 率 时 效 率 (%) 动 态 响 应 时 间 (ms ms) 变 换 器 的 ( 裸 机 ) 质 量 (kg) 输 入 输 出 电 压 范 围 和 精 度 输 入 输 出 电 流 范 围 和 精 度 额 定 点 质 量 比 功 率 (kw/kg kw/kg) 额 定 点 体 积 比 功 率 (kw/l kw/l) 噪 声 (db(a db(a)) 环 境 适 应 性 工 作 温 度 范 围 ( ) 工 作 湿 度 范 围 (%) 抗 震 强 度 防 水 防 尘 要 求 2010 电 力 电 子 新 技 术 与 新 能 源 学 术 论 坛 5 同 济 大 学 NEEE 研 究 室 简 介 及 DC/DC 变 换 器 性 能 指 标 性 能 指 标 类 型 60kW DC/DC 变 换 器 性 能 指 标 降 压 型 200 输 入 电 压 范 围 360-520V 输 出 电 压 范 围 335-410V 电 流 范 围 0-210A 精 度 1% 3.75 5.3-20 20-60 90%RH 90%RH, 不 结 露 满 足 QC/T413-2002 标 准 指 标 60 10% 98 <16 <60 IP55

额 定 输 出 功 率 (kw kw) 过 载 能 力 ( 持 续 1 分 钟,%) 额 定 功 率 时 效 率 (%) 动 态 响 应 时 间 (0~90% 功 率 ) 变 换 器 的 ( 裸 机 ) 质 量 (kg) 输 入 输 出 电 压 范 围 纹 波 电 流 输 入 / 输 出 端 对 机 壳 的 绝 缘 电 阻 输 入 电 流 范 围 输 出 电 流 精 度 散 热 方 式 : 通 讯 控 制 电 源 噪 声 (db(a db(a)) 环 境 适 应 性 工 作 环 境 温 度 范 围 ( ) 工 作 湿 度 范 围 (%) 抗 震 强 度 75kW DC/DC 变 换 器 性 能 指 标 2010 电 力 电 子 新 技 术 与 新 能 源 学 术 论 坛 5 同 济 大 学 NEEE 研 究 室 简 介 及 DC/DC 变 换 器 性 能 指 标 性 能 指 标 类 型 指 标 单 向 升 压 95 150 ms <18 输 入 电 压 范 围 280-420V 输 出 电 压 范 围 325-420V 10%Ion,Ion 表 示 额 定 输 出 电 流,Ion Ion= 额 定 功 率 75KW/ 输 出 电 压 DC384V 20M 20MΩ( 2000V 2000V) 0-300A 水 冷, 入 口 水 温 不 大 于 70 摄 氏 度 具 有 CAN2.0 接 口, 并 能 进 行 通 讯 <60-20 20-60 90%RH 90%RH, 不 结 露 满 足 QC/T413-2002 标 准 75 10% 1% 12V

150kW 双 向 DC/DC 变 换 器 性 能 参 数 主 电 路 结 构 : 双 向 非 隔 离 额 定 功 率 : 升 压 90KW, 降 压 150KW 高 压 侧 电 压 范 围 :600~700V 低 压 侧 电 压 范 围 :0~450V( 降 压 模 式 ) 低 压 侧 电 压 范 围 :300V~450V( 升 压 模 式 ) 高 压 侧 电 流 范 围 :0~150A 低 压 侧 电 流 范 围 :0~300A 控 制 方 式 : 升 降 压 均 为 低 压 侧 恒 压 控 制 方 式 ( 需 预 负 载 ) 电 压 控 制 精 度 :±1% 电 流 控 制 精 度 :±1% 满 载 效 率 : 96% 工 作 环 境 温 度 :-10~50 绝 缘 电 阻 : 10MΩ( 主 电 路 与 机 壳 ) 绝 缘 强 度 : 直 流 3000V,1min( 主 电 路 与 机 壳 ) 冷 却 方 式 : 风 冷 控 制 电 源 :220VAC 2010 电 力 电 子 新 技 术 与 新 能 源 学 术 论 坛 5 同 济 大 学 NEEE 研 究 室 简 介 及 DC/DC 变 换 器 性 能 指 标

2010 电 力 电 子 新 技 术 与 新 能 源 学 术 论 坛 6 车 载 DC/DC 变 换 器 电 力 电 子 新 技 术 新 材 料 新 器 件 软 开 关 器 件 散 热 磁 集 成 多 相 并 联 均 流 技 术 电 磁 兼 容

2010 电 力 电 子 新 技 术 与 新 能 源 学 术 论 坛 电 动 汽 车 中 的 电 力 电 子 变 换 器 发 展 趋 势 : 高 功 率 密 度 小 型 化 高 集 成 度 DC/DC+DC/AC DC/AC+MOTOR 高 可 靠 性 电 气 高 低 温 电 磁 兼 容 低 成 本 材 料 技 术 批 量 数 字 化 控 制 灵 活 扩 展 性 好 故 障 诊 断 能 力 强 通 信 和 组 网 功 能 强