基于可变磁通磁阻电机的隔离型集成充电系统的调制方法

本发明属于电动汽车充电领域，具体是一种基于可变磁通磁阻电机的隔离型集成充电系统的调制方法。

背景技术：

1、集成车载充电机通过对充电状态下的电机及驱动器分时复用，不需要额外增加器件，将原有电动汽车驱动系统转变为充电系统，可以节省充电系统体积，极大地降低系统成本，从而促进电动汽车的普及。

2、可变磁通磁阻电机是一种具有定子励磁的双凸极电机，具有散热性能好、速度范围宽、成本低等优点，在电动汽车集成充电领域具有广阔的应用前景。将可变磁通磁阻电机复用为变压器时，电枢绕组和励磁绕组分别复用为变压器的原、副边绕组，与电机驱动装置共同构成双有源桥dc/dc变换器，利用电机绕组的漏感，通过两套绕组之间的磁场耦合，电能便从复用变压器原边传输到副边。

3、双有源桥dc/dc变换器常用的调制方法是移相调制。文献《an improved dualphase shift control strategy for dual active bridge dc-dc converter with softswitching》推导了回流功率与传输功率、电压转换比之间的关系，并提出了一种改进的双相移控制策略。但这种调制方法工作范围较窄，在功率传输中伴有较大的回流功率和峰值电流，增加了损耗，降低了变换器的效率。因此，找到一种工作范围宽、回流功率小的调制方式，仍是一个待研究的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种基于可变磁通磁阻电机的隔离型集成充电系统的调制方法。

2、本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种基于可变磁通磁阻电机的隔离型集成充电系统调制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

3、步骤1、向隔离型集成充电系统的复用变压器的原边施加方波电压，并保持副边开路，对复用变压器的空载损耗随电源频率的变化情况进行仿真分析，再根据变化情况确定系统运行频率；

4、步骤2、在系统运行频率下，将原边内移相占空比和副边内移相占空比作为一个调制自由度，将外移相占空比作为另一个调制自由度，采用传统双向内移相双移相调制方法对隔离型集成充电系统的双有源桥dc/dc变换器进行调制，得到调制波形；再根据调制波形，推导出电感电流的计算通式，进而推导得到传输功率p的计算通式；

5、步骤3、根据调制波形、隔离型集成充电系统各个桥臂的开关状态以及内移相占空比d1和外移相占空比d2的大小关系，得出传统双向内移相双移相调制方法能够在三个区域运行；再分别对三个区域的运行状态进行分析，得到三个区域的软开关工作状态，同时步骤2得到的根据传输功率p的计算通式，得到三个区域的传输功率p的关于d1和d2的表达式；再在软开关工作状态下，得到三个区域的回流功率pcir的关于d1和d2的表达式；

6、步骤4、给定传输功率p指令，d2的值根据传输功率p的给定指令通过查表法获得，进而通过步骤3得到的三个区域的传输功率p的关于d1和d2的表达式，分别得到三个区域的d1的值；再将三个区域的d1、d2和p的值分别代入到三个区域的回流功率pcir的关于d1和d2的表达式中，得到区域一的回流功率pcir不为零、区域二和区域三的回流功率pcir为零；

7、因此，对于区域二和区域三，其回流功率pcir为零，输出对应的d1和d2的值，完成对区域二和区域三的调制；

8、对于区域一，根据步骤3的传输功率p的关于d1和d2的表达式和回流功率pcir的关于d1和d2的表达式，将回流功率pcir作为优化目标，将传输功率p作为等式约束条件，运用拉格朗日乘数法将优化目标与约束条件联系起来，从而求得区域一中使回流功率最小时对应的d1和d2的组合，再输出对应的d1和d2的值，完成对区域一的调制；

9、进而完成区域一、区域二和区域三的调制过程。

10、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

11、1、本发明在隔离型集成充电系统上采用双向内移相双移相调制策略，相比于传统移相策略，不仅扩大了移相工作范围，而且提高了充电功率。

12、2、本发明的调制方式，可以在不改变外移相占空比符号的前提下，实现能量的双向流动，从而与传统移相方式相比，扩大了移相工作范围。

13、3、本发明的调制方式，实现了在不同传输功率下均使充电系统回流功率降至最低，较大程度的降低了充电损耗，从而保持较高的充电效率。

技术特征：

1.一种基于可变磁通磁阻电机的隔离型集成充电系统调制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于可变磁通磁阻电机的隔离型集成充电系统调制方法，其特征在于，步骤1中，随着电源频率的增大，将空载铁耗的下降率和空载电流产生的铜耗的下降率均低于各自的设定值的时刻对应的电源频率作为系统运行频率，设定值根据实际工况确定。

3.根据权利要求1所述的基于可变磁通磁阻电机的隔离型集成充电系统调制方法，其特征在于，步骤2中，原边内移相占空比和副边内移相占空比始终保持大小相等、移相方向相反。

4.根据权利要求1所述的基于可变磁通磁阻电机的隔离型集成充电系统调制方法，其特征在于，步骤2中，根据调制波形，tm～tm+1时间段的电感电流的计算通式il(t)为：

5.根据权利要求4所述的基于可变磁通磁阻电机的隔离型集成充电系统调制方法，其特征在于，步骤2中，根据式(1)中各个时刻的电感电流值，传输功率p的计算通式为：

6.根据权利要求1所述的基于可变磁通磁阻电机的隔离型集成充电系统调制方法，其特征在于，步骤3中，三个区域分别为区域一：0≤d1≤d2/2、区域二：d2/2＜d1≤d2和区域三：d2＜d1≤(d2+1)/2；d1和d2满足2d1-d2≤1。

7.根据权利要求1所述的基于可变磁通磁阻电机的隔离型集成充电系统调制方法，其特征在于，步骤3中，三个区域的软开关工作状态为：

8.根据权利要求1所述的基于可变磁通磁阻电机的隔离型集成充电系统调制方法，其特征在于，步骤3中，三个区域的传输功率p的关于d1和d2的表达式为：

9.根据权利要求1所述的基于可变磁通磁阻电机的隔离型集成充电系统调制方法，其特征在于，步骤3中，在软开关工作状态下，三个区域的回流功率pcir的关于d1和d2的表达式为：

10.根据权利要求1所述的基于可变磁通磁阻电机的隔离型集成充电系统调制方法，其特征在于，步骤4中，对于区域一的调制的具体步骤如下：

技术总结
本发明公开了一种基于可变磁通磁阻电机的隔离型集成充电系统的调制方法。首先对复用变压器的空载损耗进行仿真分析，确定系统运行频率；再采用传双向内移相双移相调制方法对双有源桥DC/DC变换器进行调制，得到调制波形；再对双向内移相双移相调制方法的三个区域的运行状态进行分析，得到三个区域的D<subgt;1</subgt;、D<subgt;2</subgt;和P的值，再分别代入到三个区域的回流功率P<subgt;cir</subgt;的表达式中，得到区域一的回流功率P<subgt;cir</subgt;不为零、区域二和区域三的回流功率P<subgt;cir</subgt;为零；对于区域一，将回流功率P<subgt;cir</subgt;作为优化目标，将传输功率P作为等式约束条件，运用拉格朗日乘数法将优化目标与约束条件联系起来，从而求得区域一中使回流功率最小时对应的D<subgt;1</subgt;和D<subgt;2</subgt;的组合。

技术研发人员：刘旭,杜京泽
受保护的技术使用者：河北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25