【摘 要】
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新能源汽车作为解决传统燃油车产生环境污染问题的一种有效手段,近些年来得到了人们的持续关注,2021年全球新能源汽车销量猛增,全年同比增长169%,电动汽车和插电式混合动力汽车的销量约为650万辆,比2020年增长109%,占所有乘用车销量的9%。中国大陆市场2021年共售出320万辆电动汽车,约占全球销量的一半,占全部新车销量的15%,国内新能源市场在2021年春节后也一路持续环比增长,据中国汽车
【基金项目】
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山东省自然科学基金（ZR2018MEE042）
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新能源汽车作为解决传统燃油车产生环境污染问题的一种有效手段,近些年来得到了人们的持续关注,2021年全球新能源汽车销量猛增,全年同比增长169%,电动汽车和插电式混合动力汽车的销量约为650万辆,比2020年增长109%,占所有乘用车销量的9%。中国大陆市场2021年共售出320万辆电动汽车,约占全球销量的一半,占全部新车销量的15%,国内新能源市场在2021年春节后也一路持续环比增长,据中国汽车工业协会披露的产销情况,2022年2月新能源汽车产销分别达到36.8万辆和33.4万辆,同比增长2.0倍和1.8倍,与去年同期相比,纯电动汽车和插电式混合动力电动汽车产销继续保持快速增长的势头。本文首先介绍了基于两电平电力电子变换器的插电式混合动力电动汽车（Plug-in Hybrid Electric Vehicle,PHEV）,其功率变换系统包括不同的电力电子变换器模块,这种功率变换系统不仅体积大,重量重,而且无法对电池组的单体电池进行管理,必须依靠电池管理系统（Battery Management System,BMS）实现对电池的管理。电动汽车变换器一体化、集成化设计成为目前重要课题,本文针对基于“背靠背”模块化多电平变换器（Modular multilevel converter,MMC）的插电式混合电动汽车功率变换拓扑（Back-to-back MMC-Plug-in Hybrid Electric Vehicle,BMMC-PHEV）,研究该一体化功率变换器工作在各种驱动模式下集电池荷电状态均衡控制于一体的驱动控制策略。将该拓扑与应用于柔性直流输电领域的背靠背模块化多电平变换器对比,提出了该拓扑的控制策略。该策略基于桥臂电流控制,将永磁同步电动机的矢量控制同层次化电池荷电状态（State of charge,SOC）均衡控制相结合,实现了插电式混合电动汽车系统的高性能驱动控制,以及电动机、发电机及动力电池之间的高效功率传递和管理,避免多余充、放电过程造成电池和能量损耗,且分析了避免重复充、放电,减小损耗的原理,同时方便不同驱动模式之间的自由切换。通过RT-LAB实时仿真实验验证了电机驱动和电池荷电状态均衡综合控制策略的可行性和有效性。随着智能电网的提出和发展,可以把电动汽车看作是电网中的分布式储能设备,电动汽车和插电式混合动力电动汽车通过车辆到电网（Vehicle to Grid,V2G）技术实现与电网之间的双向能量交换,成为电力系统的一部分。本文研究了基于BMMC-PHEV新型一体化功率变换器拓扑的V2G控制策略,通过单相并网的方案实现与电网的能量交换,无需增加额外的硬件或者改变原有的拓扑,只需把电机绕组的中性点引出并接入单相交流电源即可。提出把单相交流电源看成两个电压相位相同、幅值减半的等效电源并据此制定新型并网控制策略,分析该控制策略下桥臂电流方向和功率方向的特点,制定相应的层次化SOC均衡控制策略,并与原并网控制策略融合,最后实现了兼顾电池SOC均衡的V2G控制策略,通过Simulink仿真和RT-LAB实时仿真验证了 V2G控制策略的有效性和可行性。
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