車載充電機(jī)作為新能源汽車核心零部件之一，主要功能是將電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換為直流電給高壓電池充電。由于車載充電機(jī)是停車充電，工作時的整車工況相比電機(jī)控制器簡單許多，因此，開發(fā)者和應(yīng)用者都容易忽視車載充電機(jī)的重要性，開發(fā)周期、驗證周期且性能要求往往劣于電機(jī)控制器。然而，隨著新能源汽車的逐漸普及，車載充電機(jī)的質(zhì)量問題也成為大部分主機(jī)廠的痛點之一，有的主機(jī)廠甚至面臨著車載充電機(jī)失效率高于電機(jī)控制器的問題。經(jīng)研究，電網(wǎng)異常是失效率高的主要原因之一，給終端用戶帶來了不好的充電體驗，也使主機(jī)廠面對更多售后成本以及客戶投訴。

為了提升車載充電機(jī)的電網(wǎng)適應(yīng)能力，聯(lián)合電子采用了全生命周期的設(shè)計方案，助力主機(jī)廠大幅降低車載充電機(jī)的失效率。今天，就請小編帶領(lǐng)大家了解一下聯(lián)合電子在弱電網(wǎng)上采用的先進(jìn)控制策略。

01  弱電網(wǎng)的定義及危害

在長距離輸電和配電變壓器漏感等因素的共同作用下，實際應(yīng)用中電網(wǎng)的阻抗不能被忽略，并且當(dāng)用電設(shè)備接入電網(wǎng)的位置發(fā)生變化時，電網(wǎng)的阻抗也隨之發(fā)生變化，“弱電網(wǎng)”被用來定義這種非理想的電網(wǎng)。弱電網(wǎng)經(jīng)常出現(xiàn)在以下地區(qū)：

·  距離主變壓器較遠(yuǎn)的山區(qū)；

·  存在大量復(fù)雜用電設(shè)備的工業(yè)區(qū)；

·  存在高頻變流器的高鐵站點周邊。

車載充電機(jī)與弱電網(wǎng)連接時，弱電網(wǎng)的阻抗會與車載充電機(jī)的內(nèi)部濾波器阻抗產(chǎn)生耦合，極易引發(fā)高頻諧振 (圖1)，從而破壞車載充電機(jī)工作的穩(wěn)定性，嚴(yán)重時可引起宕機(jī)或是車載充電機(jī)損壞。


圖1 ：弱電網(wǎng)下，AC端口高頻諧振的形成

02  弱電網(wǎng)諧振的抑制

為了消除阻抗耦合引起的AC側(cè)端口電壓與端口電流諧振，保證車載充電機(jī)在弱電網(wǎng)工況下能夠滿載輸出，滿足終端用戶的充電需求，采用如圖2所示的復(fù)合控制器對系統(tǒng)整體濾波網(wǎng)絡(luò)阻抗進(jìn)行校正。


圖2：功率因數(shù)校正控制框圖

實際應(yīng)用中，車載充電機(jī)自身以及弱電網(wǎng)阻抗均存在大范圍波動，通過仿真建模尋跡獲取全阻抗范圍內(nèi)的最優(yōu)校正系數(shù)，對比采用最優(yōu)系數(shù)校正前后全阻抗范圍內(nèi)的極點軌跡簇(圖3)可知，弱電網(wǎng)下被控對象所有不穩(wěn)定的固有諧振極點均能通過阻抗校正重新獲得收斂。


圖3：校正前后的系統(tǒng)諧振極點軌跡簇

圖4和圖5以兩組典型阻抗參數(shù)為例，通過仿真和實驗的手段，對比了校正前后系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

在圖4仿真結(jié)果中，兩組阻抗值下，校正前AC電流在階躍擾動下均無法穩(wěn)定；校正后高頻諧振分別在3.2ms和0.7ms內(nèi)完全被抑制。

在圖5實驗結(jié)果中，兩組阻抗值下，校正前AC電流最大諧振峰峰值分別為17A和26A；校正后均降到接近0A。對實驗結(jié)果進(jìn)一步做FFT分析 (圖6) 可知，兩組阻抗值下，校正前AC電流 THD分別為12.81%和28.0%；校正后分別降到1.18%和1.24%，優(yōu)于國標(biāo)THD小于5%的要求。


圖4：兩組典型阻抗下，系統(tǒng)校正前后階躍擾動仿真對比


圖5：兩組典型阻抗下，系統(tǒng)校正前后實驗對比


圖6：兩組典型阻抗下，系統(tǒng)校正前后實驗AC電流FFT對比

03  總結(jié)

雖然弱電網(wǎng)的存在對車載充電機(jī)的穩(wěn)定性造成了不利的影響，但采用復(fù)合控制可以完全消除這種影響，提升車載充電機(jī)的電網(wǎng)適應(yīng)性，為用戶在偏遠(yuǎn)地區(qū)或用電設(shè)備復(fù)雜等弱電網(wǎng)常出現(xiàn)的地區(qū)能夠正常充電提供了有效保障。

聯(lián)合電子采用了全生命周期的設(shè)計方案，提升了車載充電機(jī)的電網(wǎng)適應(yīng)能力，助力主機(jī)廠大幅降低車載充電機(jī)的失效率。