电动汽车驱动系统直流母线稳定性分析

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.04.013

摘要/Abstract

摘要：

为提高电动汽车高压系统直流母线品质，基于稳定性分析原理提出了对驱动系统负载的限制要求。根据阻抗分析法建立了源/载侧阻抗模型，依据Middlebrook稳定判据推导了系统在全频域范围内的稳定条件，对接入直流母线的负载功率做出了明确限制。在此基础上，研究了通过源/载侧阻抗匹配提高系统稳定性的方法，为系统参数设计提供了理论依据。最后结合具体电动汽车实例，通过实验验证了分析结论。

关键词: 电动汽车, 直流母线, 阻抗分析法, 稳定条件, 阻抗匹配

Abstract:

In order to improve the dc bus quality of the high voltage system of electric vehicles， the load restriction requirements of the driving system are put forward based on the principle of stability analysis. Based on the impedance analysis method， the source/load side impedance model is established. According to the Middlebrook stability criterion， the stability conditions in the full frequency domain are deduced， and the power restriction for the load connected to the DC bus is clearly defined. Moreover， the system stability improvement by the source/load side impedance matching method is studied， which provides a theoretical basis for system parameters design. Finally， the analysis conclusion is verified by experiments combined with a specific electric vehicle.

Key words: electric vehicle, DC bus, impedance analysis method, stability condition, impedance matching

林程,孙建侠,徐垚,易江. 电动汽车驱动系统直流母线稳定性分析[J]. 汽车工程, 2022, 44(4): 583-590.

Cheng Lin,Jianxia Sun,Yao Xu,Jiang Yi. Stability Analysis of DC Bus of Electric Vehicle Drive System[J]. Automotive Engineering, 2022, 44(4): 583-590.

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参考文献 26

1	孙逢春，何洪文. 电动商用车系统工程技术体系及关键技术研究［J］. 中国工程科学， 2018， 20（1）： 59-67.
	SUN Fengchun， HE Hongwen. Key technologies for system engineering of electric commercial vehicles［J］. Engineering Science， 2018， 20（1）： 59-67.
2	王丹，续丹，曹秉刚. 电动汽车关键技术发展综述［J］. 中国工程科学， 2013， 15（1）： 68-72.
	WANG Dan， XU Dan， Cao Binggang. Overview on key techniques of electric vehicle［J］. Engineering Science， 2013， 15（1）： 68-72.
3	孙逢春，孟祥峰，林程，等. 电动汽车动力电池动态测试工况研究［J］. 北京理工大学学报， 2010， 30（3）： 297-301.
	SUN Fengchun， MENG Xiangfeng， LIN Cheng， et al. Dynamic stress test profile of power battery for electric vehicle［J］. Transactions of Beijing Institute of Technology， 2010， 30（3）： 297-301.
4	吴春冬，李云，焦明亮，等. 纯电动汽车逆变器直流侧纹波分析与计算［J］. 大功率变流技术， 2015（3）：47-50.
	WU Chundong， LI Yun， JIAO Mingliang， et al. Analysis and calculation of DC-link ripple for the inverter in electric vehicle［J］. High Power Converter Technology， 2015（3）：47-50.
5	莫伊尔，西布里奇. 飞机系统机械、电气和航空电子分系统综合［M］. 2 版. 北京：航空工业出版社， 2011.
	IAN Moir， ALLAN Seabridge. Aircraft systems， mechanical， electrical and avionics subsystems integration［M］. 2nd ed. Beijing： Aviation Industry Press， 2011.
6	DRAGICEVIC T， LU X， VASQUEZ J C， et al. DC microgrids-part I： a review of control strategies and stabilization techniques［J］. IEEE Transactions on Power Electronics， 2015， 31（7）： 4876-4891.
7	JAVAID U， FREIJEDO F D， MERWE W， et al. Stability analysis of multi-port MVDC distribution networks for all-electric ships［J］. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics， 2019， 8（2）： 1164-1177.
8	MAGNE P， NAHID-MOBARAKEH B， PIERFEDERICI S. General active global stabilization of multiloads DC-power networks［J］. IEEE Transactions on Power Electronics， 2012， 27（4）：1788-1798.
9	MINGFEI W U， DAH-CHUAN L D. Active stabilization methods of electric power systems with constant power loads： a review［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy， 2014， 2（3）：233-243.
10	王森，刘勇. 直流配电网及其在舰船区域配电的应用［J］. 船电技术， 2014， 34（11）：77-80.
	WANG Sen，LIU Yong. DC power distribution network and its applications to zonal power distribution of warships［J］. Marine Electric & Electronic Engineering， 2014， 34（11）：77-80.
11	李霞林，郭力，王成山，等. 直流微电网关键技术研究综述［J］. 中国电机工程学报， 2016， 36（1）：2-16.
	LI Xialin， GUO Li， WANG Chengshan， et al. Key technologies of DC microgrids： an overview［J］. Proceedings of the CSEE， 2016， 36（1）：2-16.
12	DOERRY N， AMY J. DC voltage interface standards for naval applications［C］. Electric Ship Technologies Symposium. IEEE， 2015：318-325.
13	Al AF NAN H， ZHANG M， YUAN W， et al. Stability improvement of DC power systems in an all-electric ship using hybrid SMES/Battery［J］. IEEE Transactions on Applied Superconductivity， 2018， 28（3）：1-6.
14	EMADI A， KHALIGH A， RIVETTA C H， et al. Constant power loads and negative impedance instability in automotive systems： definition， modeling， stability， and control of power electronic converters and motor drives［J］. IEEE Transactions on Vehicular Technology， 2006， 55（4）：1112-1125.
15	RAHIMI A M， EMADI A. An analytical investigation of DC/DC power electronic converters with constant power loads in vehicular power systems［J］. IEEE Transactions on Vehicular Technology， 2009， 58（6）：2689-2702.
16	RICCOBONO A， SANTI E. Comprehensive review of stability criteria for DC power distribution systems［J］. IEEE Transactions on Industry Applications， 2014， 50（5）：3525-3535.
17	KWASINSKI A， ONWUCHEKWA C N. Dynamic behavior and stabilization of DC microgrids with instantaneous constant-power loads［J］. IEEE Transactions on Power Electronics， 2011， 26（3）：822-834.
18	马伟明. 电力集成技术［J］. 电工技术学报， 2005， 20（1）：16-20.
	MA Weiming. Power system integration technique［J］. Transactions of China Electrotechnical Society， 2005， 20（1）：16-20.
19	付立军，刘鲁锋，王刚，等. 我国舰船中压直流综合电力系统研究进展［J］. 中国舰船研究， 2016， 11（1）：72-79.
	FU Lijun，LIU Lufeng，WANG Gang， et al. The research progress of the medium voltage DC integrated power system in China［J］. Chinese Journal of Ship Research， 2016， 11（1）：72-79.
20	王成山，李微，王议锋，等. 直流微电网母线电压波动分类及抑制方法综述［J］. 中国电机工程学报， 2017， 37（1）：84-97.
	WANG Chengshan， LI Wei， WANG Yifeng， et al. DC bus voltage fluctuation classification and restraint methods review for DC microgrid［J］. Proceedings of the CSEE， 2017， 37（1）：84-97.
21	王娜，周元钧. 基于负阻抗补偿法的调速系统阻抗特性分析［J］. 中国电机工程学报， 2013（33）： 50-56.
	WANG Na， ZHOU Yuanjun. Impedance characteristics analysis of speed regulation systems with negative input-resistance compensators［J］. Proceedings of the CSEE， 2013（33）： 50-56.
22	MIDDLEBROOK R D. Small-signal modeling of pulse-width modulated switched-mode power converters［J］. Proceedings of the IEEE， 1988， 76（4）： 343-354.
23	张卫平. 开关变换器的建模与控制［M］. 北京：中国电力出版社， 2006.
	ZHANG W P. Msdeling and control of the switch converter［M］. Beijing： China Electric Power Press， 2006.
24	支娜，张辉，郑航，等. 双向DC/DC变换器阻抗特性及稳定性研究［J］. 电力电子技术， 2015， 49（8）：12-15.
	ZHI Na，ZHANG Hui，ZHENG Hang，et al. Output impedance characteristics and system stability analysis of boost converter［J］. Power Electronics， 2015， 49（8）：12-15.
25	GADOURA I， GRIGORE V， HATONEN J， et al. Stabilizing a telecom power supply feeding a constant power load［C］. International Telecommunications Energy Conference. IEEE， 1998：243-248.
26	MOHAMED A R I， RADWAN A A A， LEE T K. Decoupled reference-voltage-based active DC-link stabilization for PMSM drives with tight-speed regulation［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics， 2012， 59（12）：4523-4536.

[1]	张念忠,宋强,王冠峰,王明生. 车用永磁同步电机无电流传感器控制研究[J]. 汽车工程, 2024, 46(2): 281-289.
[2]	焦志鹏, 马建, 赵轩, 张凯, 孟德安, 韩琪, 张昭. 基于电动汽车制动安全检测的短时工况及方法研究[J]. 汽车工程, 2024, 46(1): 109-119.
[3]	原江鑫, 何莉萍, 李耀东, 李罡. 电动汽车BMS从控板热分析及散热优化[J]. 汽车工程, 2024, 46(1): 128-138.
[4]	张鹏博, 陈仁祥, 邵毅明, 孙世政, 闫凯波. 纯电动汽车电驱动系统故障诊断研究进展[J]. 汽车工程, 2024, 46(1): 61-74.
[5]	贺伊琳,马建,杨舒凯,郑威,薛启帆. 融合预瞄特性的智能电动汽车稳定性模型预测控制研究[J]. 汽车工程, 2023, 45(5): 719-734.
[6]	梁海强,何洪文,代康伟,庞博,王鹏. 融合经验老化模型和机理模型的电动汽车锂离子电池寿命预测方法研究[J]. 汽车工程, 2023, 45(5): 825-835.
[7]	吴忠强,张长兴. 考虑配电网负荷的电动汽车分布式充电控制[J]. 汽车工程, 2023, 45(4): 598-608.
[8]	吴志恒,刘爱民. 汽车永磁同步电机切换函数式混合控制策略[J]. 汽车工程, 2023, 45(4): 619-627.
[9]	王军年,高守林,杨钫,管畅洋,杨志华. 多行星排转矩定向分配电驱动桥振动特性优化[J]. 汽车工程, 2023, 45(3): 421-429.
[10]	朱成,刘頔,滕欣余,张国华,于丹,刘沙,胡苧丹. 新能源汽车综合经济性对比分析及预测研究[J]. 汽车工程, 2023, 45(2): 333-340.
[11]	李琴,汤建明,张博远,陈勇,王勇. 分布式驱动电动汽车多执行器容错控制研究[J]. 汽车工程, 2023, 45(12): 2251-2259.
[12]	于天蝉,王源,石文星,梁辰吉昱,李先庭,岑俊平,罗敏. 基于三介质换热器的电动汽车热管理系统及其性能分析[J]. 汽车工程, 2023, 45(11): 2001-2013.
[13]	宋强,王冠峰,商赫,张念忠. 基于多参数控制的分布式驱动电动汽车操纵稳定性控制策略研究[J]. 汽车工程, 2023, 45(11): 2104-2112.
[14]	洪吉超,梁峰伟,杨海旭,李克瑞. 大数据驱动动力电池智能安全管理与控制方法研究[J]. 汽车工程, 2023, 45(10): 1845-1861.
[15]	王军年,张春林,赵梦圆,强越,郭大畅,杨钫. 轮毂电机两挡变速器协同无动力中断换挡控制[J]. 汽车工程, 2023, 45(10): 1885-1896.