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车载充电机的弱电网抑制策略
2020-10-20 10:13:22· 来源：联合电子
车载充电机作为新能源汽车核心零部件之一，主要功能是将电网的交流电转换为直流电给高压电池充电。由于车载充电机是停车充电，工作时的整车工况相比电机控制器简
车载充电机作为新能源汽车核心零部件之一，主要功能是将电网的交流电转换为直流电给高压电池充电。由于车载充电机是停车充电，工作时的整车工况相比电机控制器简单许多，因此，开发者和应用者都容易忽视车载充电机的重要性，开发周期、验证周期且性能要求往往劣于电机控制器。然而，随着新能源汽车的逐渐普及，车载充电机的质量问题也成为大部分主机厂的痛点之一，有的主机厂甚至面临着车载充电机失效率高于电机控制器的问题。经研究，电网异常是失效率高的主要原因之一，给终端用户带来了不好的充电体验，也使主机厂面对更多售后成本以及客户投诉。
为了提升车载充电机的电网适应能力，联合电子采用了全生命周期的设计方案，助力主机厂大幅降低车载充电机的失效率。今天，就请小编带领大家了解一下联合电子在弱电网上采用的先进控制策略。
01 弱电网的定义及危害
在长距离输电和配电变压器漏感等因素的共同作用下，实际应用中电网的阻抗不能被忽略，并且当用电设备接入电网的位置发生变化时，电网的阻抗也随之发生变化，“弱电网”被用来定义这种非理想的电网。弱电网经常出现在以下地区：
· 距离主变压器较远的山区；
· 存在大量复杂用电设备的工业区；
· 存在高频变流器的高铁站点周边。
车载充电机与弱电网连接时，弱电网的阻抗会与车载充电机的内部滤波器阻抗产生耦合，极易引发高频谐振 (图1)，从而破坏车载充电机工作的稳定性，严重时可引起宕机或是车载充电机损坏。
图1 ：弱电网下，AC端口高频谐振的形成
02 弱电网谐振的抑制
为了消除阻抗耦合引起的AC侧端口电压与端口电流谐振，保证车载充电机在弱电网工况下能够满载输出，满足终端用户的充电需求，采用如图2所示的复合控制器对系统整体滤波网络阻抗进行校正。
图2：功率因数校正控制框图
实际应用中，车载充电机自身以及弱电网阻抗均存在大范围波动，通过仿真建模寻迹获取全阻抗范围内的最优校正系数，对比采用最优系数校正前后全阻抗范围内的极点轨迹簇(图3)可知，弱电网下被控对象所有不稳定的固有谐振极点均能通过阻抗校正重新获得收敛。
图3：校正前后的系统谐振极点轨迹簇
图4和图5以两组典型阻抗参数为例，通过仿真和实验的手段，对比了校正前后系统的稳定性。
在图4仿真结果中，两组阻抗值下，校正前AC电流在阶跃扰动下均无法稳定；校正后高频谐振分别在3.2ms和0.7ms内完全被抑制。
在图5实验结果中，两组阻抗值下，校正前AC电流最大谐振峰峰值分别为17A和26A；校正后均降到接近0A。对实验结果进一步做FFT分析 (图6) 可知，两组阻抗值下，校正前AC电流 THD分别为12.81%和28.0%；校正后分别降到1.18%和1.24%，优于国标THD小于5%的要求。
图4：两组典型阻抗下，系统校正前后阶跃扰动仿真对比
图5：两组典型阻抗下，系统校正前后实验对比
图6：两组典型阻抗下，系统校正前后实验AC电流FFT对比
03 总结
虽然弱电网的存在对车载充电机的稳定性造成了不利的影响，但采用复合控制可以完全消除这种影响，提升车载充电机的电网适应性，为用户在偏远地区或用电设备复杂等弱电网常出现的地区能够正常充电提供了有效保障。
联合电子采用了全生命周期的设计方案，提升了车载充电机的电网适应能力，助力主机厂大幅降低车载充电机的失效率。
为了提升车载充电机的电网适应能力，联合电子采用了全生命周期的设计方案，助力主机厂大幅降低车载充电机的失效率。今天，就请小编带领大家了解一下联合电子在弱电网上采用的先进控制策略。
01 弱电网的定义及危害
在长距离输电和配电变压器漏感等因素的共同作用下，实际应用中电网的阻抗不能被忽略，并且当用电设备接入电网的位置发生变化时，电网的阻抗也随之发生变化，“弱电网”被用来定义这种非理想的电网。弱电网经常出现在以下地区：
· 距离主变压器较远的山区；
· 存在大量复杂用电设备的工业区；
· 存在高频变流器的高铁站点周边。
车载充电机与弱电网连接时，弱电网的阻抗会与车载充电机的内部滤波器阻抗产生耦合，极易引发高频谐振 (图1)，从而破坏车载充电机工作的稳定性，严重时可引起宕机或是车载充电机损坏。
图1 ：弱电网下，AC端口高频谐振的形成
02 弱电网谐振的抑制
为了消除阻抗耦合引起的AC侧端口电压与端口电流谐振，保证车载充电机在弱电网工况下能够满载输出，满足终端用户的充电需求，采用如图2所示的复合控制器对系统整体滤波网络阻抗进行校正。
图2：功率因数校正控制框图
实际应用中，车载充电机自身以及弱电网阻抗均存在大范围波动，通过仿真建模寻迹获取全阻抗范围内的最优校正系数，对比采用最优系数校正前后全阻抗范围内的极点轨迹簇(图3)可知，弱电网下被控对象所有不稳定的固有谐振极点均能通过阻抗校正重新获得收敛。
图3：校正前后的系统谐振极点轨迹簇
图4和图5以两组典型阻抗参数为例，通过仿真和实验的手段，对比了校正前后系统的稳定性。
在图4仿真结果中，两组阻抗值下，校正前AC电流在阶跃扰动下均无法稳定；校正后高频谐振分别在3.2ms和0.7ms内完全被抑制。
在图5实验结果中，两组阻抗值下，校正前AC电流最大谐振峰峰值分别为17A和26A；校正后均降到接近0A。对实验结果进一步做FFT分析 (图6) 可知，两组阻抗值下，校正前AC电流 THD分别为12.81%和28.0%；校正后分别降到1.18%和1.24%，优于国标THD小于5%的要求。
图4：两组典型阻抗下，系统校正前后阶跃扰动仿真对比
图5：两组典型阻抗下，系统校正前后实验对比
图6：两组典型阻抗下，系统校正前后实验AC电流FFT对比
03 总结
虽然弱电网的存在对车载充电机的稳定性造成了不利的影响，但采用复合控制可以完全消除这种影响，提升车载充电机的电网适应性，为用户在偏远地区或用电设备复杂等弱电网常出现的地区能够正常充电提供了有效保障。
联合电子采用了全生命周期的设计方案，提升了车载充电机的电网适应能力，助力主机厂大幅降低车载充电机的失效率。
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