一種電動車車載充電控制系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的是提出一種實用的電動汽車車載充電控制系統(tǒng)及其控制方法。本發(fā)明的電動汽車車載充電控制系統(tǒng)由控制單元和依次連接的充電輸入端、整流濾波電路、功率因數(shù)校正電路、DC-DC電路、充電輸出端構(gòu)成；所述控制單元接收充電輸入端、充電輸出端、功率因數(shù)校正電路的信息，并根據(jù)該信息來控制功率因數(shù)校正電路和DC-DC電路的工作。本發(fā)明的電動汽車車載充電控制系統(tǒng)及其控制方法可以簡化硬件電路，降低硬件成本，同時保證了充電系統(tǒng)的可靠性、精確度和效率，值得推廣使用。
【專利說明】一種電動車車載充電控制系統(tǒng)及其控制方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電動車【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及到一種電動汽車車載充電控制系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代高新技術(shù)的發(fā)展和當(dāng)今世界環(huán)境、能源兩大難題的日益突出，電動汽車以優(yōu)越的環(huán)保特性，成為汽車行業(yè)關(guān)注的重點。而隨著國家對新能源汽車的多項扶植政策的出臺，新能源汽車的發(fā)展步伐正在加快，充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)步伐也在加快。但是非車載充電的充電方式，因建設(shè)成本高，無法滿足用戶自行充電的需求。而目前一些車載充電器直接從電源生產(chǎn)廠家外購，在符合汽車安全規(guī)范、可靠性、效率、控制精度方面存在不足，因此高效率、低損耗以及高安全系數(shù)的車載充電器是當(dāng)前研究的一個熱點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提出一種實用的電動汽車車載充電控制系統(tǒng)及其控制方法。
[0004]本發(fā)明的電動汽車車載充電控制系統(tǒng)由控制單元和依次連接的充電輸入端、整流濾波電路、功率因數(shù)校正電路、DC-DC電路、充電輸出端構(gòu)成；所述控制單元接收充電輸入端、充電輸出端、功率因數(shù)校正電路的信息，并根據(jù)該信息來控制功率因數(shù)校正電路和DC-DC電路的工作。
[0005]具體來說，所述功率因數(shù)校正電路由兩個BOOST電路并聯(lián)而成，所述每個BOOST電路均由電感和場效應(yīng)管連接而成，且每個BOOST電路的電感端與整流濾波電路的正輸出端相連，場效應(yīng)管端與整流濾波電路的負輸出端相連；且每個BOOST電路中電感與場效應(yīng)管的接點通過二極管與功率因數(shù)校正電路的正輸出端相連；所述電感與場效應(yīng)管的接點設(shè)有電壓采集電路，所述功率因數(shù)校正電路的正輸出端設(shè)有電流采集電路，所述電壓采集電路、電流采集電路以及每個場效應(yīng)管的控制端均與控制單元相連。當(dāng)功率因數(shù)校正電路工作時，控制單元交錯驅(qū)動兩個BOOST電路的場效應(yīng)管，可以減小輸出電壓的紋波，此種電路拓撲結(jié)構(gòu)應(yīng)用于功率因數(shù)校正中，使負載表現(xiàn)為阻性負載，對電網(wǎng)的影響減小，穩(wěn)定性好。
[0006]進一步地，所述控制單元由中央處理模塊及與中央處理模塊相連的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、脈寬調(diào)制模塊構(gòu)成，所述中央處理模塊通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊接收電壓采集電路的電壓信息、電流米集電路的電流信息、充電輸入端的電壓信息、充電輸出端的電壓信息，并根據(jù)上述信息來控制脈寬調(diào)制模塊的輸出。控制單元利用PWM波來控制各場效應(yīng)管的導(dǎo)通及關(guān)斷，從而實現(xiàn)了實時控制輸出端的電壓及電流輸出，同時保證輸入、輸出不會出現(xiàn)過壓、過流現(xiàn)象。
[0007]進一步地，所述脈寬調(diào)制模塊的輸出端依次連接有功率放大模塊以及隔離轉(zhuǎn)換模塊。因為從脈寬調(diào)制模塊發(fā)出的PWM信號功率很低，不足以驅(qū)動場效應(yīng)管，因此需要用功率驅(qū)動模塊進行功率放大，同時因為脈寬調(diào)制模塊屬于弱電壓單元模塊，而主電路屬于高壓系統(tǒng)，從電路絕緣安全考慮，脈寬調(diào)制模塊的信號不能直接進行傳遞到高壓模塊，因此采用隔離轉(zhuǎn)換模塊(可采用隔離變壓器)的進行電隔離，用于傳輸驅(qū)動電信號，保證安全。
[0008]進一步地，所述控制模塊還連接有CAN網(wǎng)關(guān)模塊，控制模塊可以通過CAN網(wǎng)關(guān)模塊與整車進行通訊，實現(xiàn)信息共享。
[0009]進一步地，所述DC-DC電路由移相全橋電路、同步整流電路、穩(wěn)壓濾波電路串聯(lián)而成，此為現(xiàn)有技術(shù)，此處不再贅述。
[0010]上述的電動汽車車載充電控制系統(tǒng)的控制方法具體如下:所述控制單元接收充電輸入端、充電輸出端、功率因數(shù)校正電路的信息，并根據(jù)該信息來控制功率因數(shù)校正電路和DC-DC電路的工作，關(guān)鍵在于所述中央處理模塊通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊接收電壓采集電路的電壓信息、電流米集電路的電流信息、充電輸入端的電壓信息、充電輸出端的電壓信息；中央處理模塊將充電輸出端的電壓信息作為參考，將電壓采集電路的電壓信息作為反饋，通過PID閉環(huán)處理得到第一參考電壓；中央處理模塊將充電輸入端的電壓信息進行兩個極點兩個零點的濾波處理后，再進行升壓處理，得到正的Vac電壓參考值，再將Vac電壓參考值依次通過帶通濾波處理及平方換算處理后，得到第二參考電壓；中央處理模塊根據(jù)第一參考電壓、第二參考電壓和Vac電壓參考值來設(shè)定功率因數(shù)電流，并以功率因數(shù)電流作為參考，以電流采集電路的電流信息作為反饋，通過PID閉環(huán)處理得到控制信號，中央處理模塊將該控制信號輸出至脈寬調(diào)制模塊，從而控制脈寬調(diào)制模塊的PWM信號輸出，以交錯驅(qū)動功率因數(shù)校正電路中的兩個場效應(yīng)管。
[0011]控制單元利用軟件對PFC電流(即電流采集電路的電流信息)內(nèi)環(huán)和Vbtost電壓(gp電壓采集電路的電壓信息)外環(huán)進行數(shù)字濾波和數(shù)字抗積分飽和的PID調(diào)節(jié)后，轉(zhuǎn)換為PWM輸出的占空比。當(dāng)Vbtost輸出電壓有波動時，根據(jù)給定電壓參考值并由電壓外環(huán)的PID控制輸來調(diào)節(jié)控制單元輸出的PWM波形的占空比，以達到調(diào)節(jié)電壓的目的。如果采集到的電流反饋值與計算得到的電流值有誤差的時，可以通過電流內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)PWM的輸出占空比以達到穩(wěn)定電流的目的。由于控制單元具有強大的運算能力以及PWM生成模塊，使PWM信號可以方便地得到，因此，硬件部分可以大大簡化，控制電路部分可以全部省略而由軟件來代替，即軟件實現(xiàn)PID計算控制以及PWM信號的產(chǎn)生，從而降低硬件成本。
[0012]本發(fā)明的電動汽車車載充電控制系統(tǒng)及其控制方法可以簡化硬件電路，降低硬件成本，同時保證了充電系統(tǒng)的可靠性、精確度和效率，值得推廣使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的電動汽車車載充電控制系統(tǒng)的電路原理圖。
[0014]圖2本發(fā)明的電動汽車車載充電控制系統(tǒng)的控制方法中的PFC電路控制算法簡圖。
【具體實施方式】
[0015]下面對照附圖，通過對實施實例的描述，對本發(fā)明的【具體實施方式】如所涉及的各構(gòu)件的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理等作進一步的詳細說明。
[0016]實施例1:
[0017]如圖1所示，本實施例的電動汽車車載充電控制系統(tǒng)電動汽車車載充電控制系統(tǒng)由控制單元和依次連接的充電輸入端、整流濾波電路、功率因數(shù)校正電路(即PFC電路)、DC-DC電路、充電輸出端構(gòu)成，其中:
[0018]功率因數(shù)校正電路由兩個BOOST電路并聯(lián)而成，所述每個BOOST電路均由電感L和場效應(yīng)管A(B)連接而成，且每個BOOST電路的電感端與整流濾波電路的正輸出端相連，場效應(yīng)管端與整流濾波電路的負輸出端相連；且每個BOOST電路中電感L與場效應(yīng)管A(B)的接點通過二極管與功率因數(shù)校正電路的正輸出端相連；所述電感L與場效應(yīng)管A(B)的接點設(shè)有電壓采集電路，電壓采集電路輸出BOOST升壓后的輸出電壓，即Vbmbt ;所述功率因數(shù)校正電路的正輸出端設(shè)有電流采集電路，電流采集電路輸出PFC電流，即Ipfc ;所述電壓采集電路、電流采集電路以及每個場效應(yīng)管A(B)的控制端均與控制單元相連。
[0019]控制單元由中央處理模塊(CPU)及與中央處理模塊相連的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(ADC)、脈寬調(diào)制模塊(PWM)、CAN網(wǎng)關(guān)模塊構(gòu)成，所述中央處理模塊通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊接收電壓采集電路的電壓信息、電流采集電路的電流信息、充電輸入端的電壓信息、充電輸出端的電壓信息，并根據(jù)上述信息來控制脈寬調(diào)制模塊的輸出，且脈寬調(diào)制模塊的輸出端依次連接有功率放大模塊(圖中未畫出)以及隔離轉(zhuǎn)換模塊。
[0020]具體來說，整流濾波電路由橋式整流器和濾波電容構(gòu)成；DC_DC電路由四個場效應(yīng)管C、D、E、F和變壓器組成的移相全橋電路、由四個場效應(yīng)管G、H、J、K組成的同步整流電路、由電感和電容構(gòu)成的穩(wěn)壓濾波電路串聯(lián)而成。充電輸入端為220V，50HZ的交流市電，流經(jīng)橋式整流器后，變?yōu)楹忻}動紋波的直流電，經(jīng)過濾波電容濾波后的直流電經(jīng)過兩相并聯(lián)的BOOST升壓電路，把電壓抬升至400V，通過交錯驅(qū)動場效應(yīng)管A和場效應(yīng)管B，促使輸出紋波電壓更低；400V的高壓電經(jīng)過移相全橋電路、同步整流電路及穩(wěn)壓濾波電路后整定為給動力電池適合充電的電壓，輸出電壓的大小可以通過調(diào)節(jié)PWM (A、B、C、D)的占空比來實現(xiàn)。功率因數(shù)校正電路采集量有充電輸入端的電壓(即市電Vac)、PFC電路電流(即Ipfc)、BOOST升壓后的輸出電壓(即VBTOST)，DC-DC電路采集量為充電輸出端的電壓信息(即Vout )。
[0021]控制單元的脈寬調(diào)制模塊的輸出端經(jīng)過功率放大模塊以及隔離變壓器與所述場效應(yīng)管A、B、C、D、E、F、G、H、1、J、K的控制端相連；中央處理模塊通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和各采樣電路接收充電輸入端的電壓(即市電Vac)、PFC電路電流(即Ipfc)、B00ST升壓后的輸出電壓(即VB.)，充電輸出端的電壓信息(即Vout)等信息，并根據(jù)上述信息控制脈寬調(diào)制模塊的輸出，利用PWM波來控制各場效應(yīng)管的導(dǎo)通及關(guān)斷，從而實現(xiàn)實時控制輸出端的電壓及電流輸出。同時，中央處理模塊還可以通過CAN網(wǎng)關(guān)模塊與整車進行通訊，實現(xiàn)信息共享。
[0022]上述DC-DC電路的控制方法為現(xiàn)有技術(shù)，此處不再贅述。
[0023]如圖2所示，功率因數(shù)校正電路的控制方法如下:中央處理模塊通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊接收電壓采集電路的電壓信息、電流采集電路的電流信息、充電輸入端的電壓信息、充電輸出端的電壓信息；中央處理模塊將充電輸出端的電壓信息作為參考，將電壓米集電路的電壓信息作為反饋，通過PID閉環(huán)處理得到第一參考電壓；中央處理模塊首先將充電輸入端的電壓信息進行兩個極點兩個零點的濾波處理(以濾除不同頻率段上的紋波干擾，如果這些干擾不濾除，可能會造成整個控制環(huán)的不穩(wěn)定)，再進行升壓處理，得到正的Vac電壓參考值，再將Vac電壓參考值依次通過帶通濾波處理(去除剩余的紋波電壓，變換為Vac的平均值)及平方換算處理后，得到第二參考電壓；中央處理模塊根據(jù)第一參考電壓、第二參考電壓和Vac電壓參考值來設(shè)定功率因數(shù)電流，并以功率因數(shù)電流作為參考，以電流采集電路的電流信息作為反饋，通過PID閉環(huán)處理得到控制信號，中央處理模塊將該控制信號輸出至脈寬調(diào)制模塊，從而控制脈寬調(diào)制模塊的PWM信號輸出，以交錯驅(qū)動功率因數(shù)校正電路中的兩個場效應(yīng)管。
【權(quán)利要求】
1.一種電動汽車車載充電控制系統(tǒng)，其特征在于由控制單元和依次連接的充電輸入端、整流濾波電路、功率因數(shù)校正電路、DC-DC電路、充電輸出端構(gòu)成；所述控制單元接收充電輸入端、充電輸出端、功率因數(shù)校正電路的信息，并根據(jù)該信息來控制功率因數(shù)校正電路和DC-DC電路的工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動汽車車載充電控制系統(tǒng)，其特征在于所述功率因數(shù)校正電路由兩個BOOST電路并聯(lián)而成，所述每個BOOST電路均由電感和場效應(yīng)管連接而成，且每個BOOST電路的電感端與整流濾波電路的正輸出端相連，場效應(yīng)管端與整流濾波電路的負輸出端相連；且每個BOOST電路中電感與場效應(yīng)管的接點通過二極管與功率因數(shù)校正電路的正輸出端相連；所述電感與場效應(yīng)管的接點設(shè)有電壓采集電路，所述功率因數(shù)校正電路的正輸出端設(shè)有電流采集電路，所述電壓采集電路、電流采集電路以及每個場效應(yīng)管的控制端均與控制單元相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動汽車車載充電控制系統(tǒng)，其特征在于所述控制單元由中央處理模塊及與中央處理模塊相連的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、脈寬調(diào)制模塊構(gòu)成，所述中央處理模塊通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊接收電壓采集電路的電壓信息、電流采集電路的電流信息、充電輸入端的電壓信息、充電輸出端的電壓信息，并根據(jù)上述信息來控制脈寬調(diào)制模塊的輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動汽車車載充電控制系統(tǒng)，其特征在于所述脈寬調(diào)制模塊的輸出端依次連接有功率放大模塊以及隔離轉(zhuǎn)換模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動汽車車載充電控制系統(tǒng)，其特征在于所述控制模塊還連接有CAN網(wǎng)關(guān)模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5所述的電動汽車車載充電控制系統(tǒng)，其特征在于所述DC-DC電路由移相全橋電路、同步整流電路、穩(wěn)壓濾波電路串聯(lián)而成。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動汽車車載充電控制系統(tǒng)的控制方法，所述控制單元接收充電輸入端、充電輸出端、功率因數(shù)校正電路的信息，并根據(jù)該信息來控制功率因數(shù)校正電路和DC-DC電路的工作，其特征在于所述中央處理模塊通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊接收電壓采集電路的電壓信息、電流采集電路的電流信息、充電輸入端的電壓信息、充電輸出端的電壓信息；中央處理模塊將充電輸出端的電壓信息作為參考，將電壓米集電路的電壓信息作為反饋，通過PID閉環(huán)處理得到第一參考電壓；中央處理模塊將充電輸入端的電壓信息進行兩個極點兩個零點的濾波處理后，再進行升壓處理，得到正的Vac電壓參考值，再將Vac電壓參考值依次通過帶通濾波處理及平方換算處理后，得到第二參考電壓；中央處理模塊根據(jù)第一參考電壓、第二參考電壓和Vac電壓參考值來設(shè)定功率因數(shù)電流，并以功率因數(shù)電流作為參考，以電流采集電路的電流信息作為反饋，通過PID閉環(huán)處理得到控制信號，中央處理模塊將該控制信號輸出至脈寬調(diào)制模塊，從而控制脈寬調(diào)制模塊的PWM信號輸出，以交錯驅(qū)動功率因數(shù)校正電路中的兩個場效應(yīng)管。
【文檔編號】H01M10/44GK103904760SQ201410115304
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月25日
【發(fā)明者】張興林 申請人:奇瑞汽車股份有限公司