一種電動汽車充電樁電路及其控制方法與流程

本發明涉及電動汽車領域，具體涉及一種電動汽車充電樁電路及其控制方法。

背景技術：

為解決能源危機和全球環境污染，世界各國對新能源汽車特別是純電動汽車的技術研發與市場推廣日益加速，當前，純電動汽車進入飛速發展的時代，與之相對應的基礎配套設施電動汽車充電樁也在快速發展。但目前技術仍存在不少的問題待解決，如電能轉換效率問題導致的系統不穩定，通常會引發連鎖故障，輕則充電效能下降、充電樁停止工作，重則發生炸機事件，甚至會對電網產生沖擊，引發局部電網電壓崩潰，嚴重影響人民生活和國家經濟發展。而這些故障幾乎可歸結為電能變換器的轉換效率不高，系統發熱量過大而導致的。為此，新型的高效率的電動汽車充電樁電路及其控制方法的研究與開發，是非常有必要的。

技術實現要素：

為克服現有的電動汽車充電樁效率不高、發熱量大、穩定性差的缺點，本發明提供了一種電動汽車充電樁電路及其控制方法。

本發明一種電動汽車充電樁電路及其控制方法的電路包括7個功率開關管(q1-q6和qr)、7個功率二極管(dr和d1-d6)、4個功率電感(lo、lr、l1和l2)、3個電容(cin、co和cr)和電動汽車充電樁電路控制子系統；

所述功率開關管qr是諧振控制開關管，所述功率開關管q1和所述功率開關管q2，所述功率開關管q5和所述功率開關管q6分別是交錯開關管，所述功率開關管q3-q6是同步整流管；

所述功率電感lo作為輸出濾波電感，所述功率電感lr作為諧振電感，所述功率電感l1和所述功率電感l2作為儲能變換電感；

所述電容cin為輸入電容，所述電容co為輸出電容，所述電容cr為諧振電容；

所述電動汽車充電樁電路控制子系統包括交錯同步開關邏輯控制模塊、慢標分岔諧振控制模塊和系統變量采樣模塊；

電流io為輸出電流，電壓uo為輸出電壓；

所述輸出電流io采樣點和所述輸出電壓uo采樣點電連接到所述系統變量采樣模塊，所述系統變量采樣模塊的兩個輸出端分別連接到所述交錯同步開關邏輯控制模塊和所述慢標分岔諧振控制模塊的輸入端，所述慢標分岔諧振控制模塊的輸出端連接到所述交錯同步開關邏輯控制模塊的一個輸入端，所述交錯同步開關邏輯控制模塊的7個輸出信號分別連接到7個功率開關管(q1-q6和qr)的柵極。

優選地，所述7個功率開關管(q1-q6和qr)采用mos或igbt。

優選地，所述功率二極管dr和所述功率二極管d1-d6采用快速功率二極管。

優選地，所述功率電感lo、所述功率電感lr、所述功率電感l1和所述功率電感l2采用軟磁芯材料設計。

優選地，所述電容cin和所述電容co采用電解電容或大容量非極性電容。

優選地，所述電容cr采用功率諧振電容。

優選地，所述電動汽車充電樁電路控制子系統采用嵌入式arm處理器或dsp處理器。

本發明提供了一種電動汽車充電樁電路及其控制方法的控制方法包括以下4個步驟：

步驟1：將一個控制周期分成a、b、c、d、e、f、g、h、i九個控制時隙，九個時隙的時間長度分別為ta、tb、tc、td、te、tf、tg、th、ti，其中實施控制需要算出的ta、tb、tc、td、te、tf共6個控制時隙的計算方法如下：

tg＝tf時隙結束之后的時間點至所述功率開關管q1打開的時間點

ti＝th時隙結束之后的時間點至所述功率開關管qr打開的時間點

步驟2：根據步驟1計算的控制時隙，同時計算綜合慢標分岔程度σ，當σ小于或等于閾值σth,σth的取值范圍為2.0-5.0,則跳至步驟4，當σ大于閾值σth,則跳至步驟3。

步驟3：在每個開關周期，以所述功率開關管q1、所述功率開關管q2、所述功率開關管qr的控制信號上升沿、下降沿為其他控制信號的同步基準。ta時隙為所述功率開關管qr控制信號的上升沿開始，在ta時隙的結束點，啟動所述功率開關管q3和所述功率開關管q4的控制信號上升沿，接著過tb時隙長度后，關閉所述功率開關管q2的控制信號，所述功率開關管q2實現零電流關斷，接著歷經tc時隙長度后關閉所述功率開關管q3的控制信號，緊接著歷經td時隙長度后關閉所述功率開關管qr的控制信號，再歷經te時隙和tf時隙后，關閉所述功率開關管q4控制信號，此后，tg時隙結束點關閉所述功率開關管q5的控制信號，同時所述功率開關管q2控制信號打開，所述功率開關管q2實現零電流開通，最后歷經th時隙、ti時隙后，一個開關周期完成，整個系統將按本步驟周期性重復控制，所述功率開關管q1和所述功率開關管q2交替實現零電流開關。

步驟4：當σ小于或等于閾值σth時，系統進入禁止諧振回路工作階段，與允許諧振回路工作階段相比，禁止諧振回路工作階段的所述功率開關管q3、所述功率開關管q4和所述功率開關管qr的控制信號被禁止。

與現有技術相比，本發明一種電動汽車充電樁電路及其控制方法的電路，采用慢標分岔控制的交錯同步諧振方法，進一步減小功率開關管的開關損耗，提高能量轉換效率，減少系統輸出的諧波分量，確保電動汽車動力電池的充電安全，具有更廣泛的市場空間。本發明一種電動汽車充電樁電路及其控制方法的控制方法，利用慢標分岔，對系統進行諧振控制，解決現有技術和產品在運行過程中的不穩定問題；對于強非線性系統具有更好的控制效果，具有更高的可靠性。

附圖說明

圖1是本發明一種電動汽車充電樁電路及其控制方法的電路圖。

圖2是本發明一種電動汽車充電樁電路及其控制方法未發生分岔或混沌行為時的控制時序圖。

圖3是本發明一種電動汽車充電樁電路及其控制方法發生分岔或混沌行為時的控制時序圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的，技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖和實施實例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

請參考圖1，本發明一種電動汽車充電樁電路及其控制方法的電路包括7個功率開關管(q1-q6和qr)、7個功率二極管(dr和d1-d6)、4個功率電感(lo、lr、l1和l2)、3個電容(cin、co和cr)和電動汽車充電樁電路控制子系統。所述7個功率開關管(q1-q6和qr)采用mos或igbt，所述功率開關管qr是諧振控制開關管，所述功率開關管q1和所述功率開關管q2，所述功率開關管q5和所述功率開關管q6分別是交錯開關管，所述功率開關管q3-q6是同步整流管；所述功率二極管dr和所述功率二極管d1-d6采用快速功率二極管；所述功率電感lo、所述功率電感lr、所述功率電感l1和所述功率電感l2采用軟磁芯材料設計，所述功率電感lo作為輸出濾波電感，所述功率電感lr作為諧振電感，所述功率電感l1和所述功率電感l2作為儲能變換電感；所述電容cin為輸入電容，所述電容co為輸出電容，其采用電解電容或其他大容量非極性電容，所述電容cr為諧振電容，其采用功率諧振電容；所述電動汽車充電樁電路控制子系統采用嵌入式arm處理器或dsp處理器，所述電動汽車充電樁電路控制子系統包括交錯同步開關邏輯控制模塊、慢標分岔諧振控制模塊和系統變量采樣模塊。電流io為輸出電流，電壓uo為輸出電壓，輸出電流io采樣點和輸出電壓uo采樣點電連接到所述系統變量采樣模塊，所述系統變量采樣模塊的兩個輸出端分別連接到所述交錯同步開關邏輯控制模塊和所述慢標分岔諧振控制模塊的輸入端，所述慢標分岔諧振控制模塊的輸出端連接到所述交錯同步開關邏輯控制模塊的一個輸入端，所述交錯同步開關邏輯控制模塊的7個輸出信號分別連接到7個功率開關管(q1-q6和qr)的柵極。

本發明一種電動汽車充電樁電路及其控制方法的電路控制流程及方法如下：

步驟1：所述系統變量采樣模塊對所述輸出電流io和所述輸出電壓uo進行采樣,并進行存儲，存儲深度為n，n的取值范圍(100000-5000000)，得到數字信號序列uo[n]，io[n]，n＝1,2,3……n；

步驟2：所述系統變量采樣模塊同時將采集到的所述輸出電流io和所述輸出電壓uo反饋到所述交錯同步開關邏輯控制模塊和所述慢標分岔諧振控制模塊；

步驟3：所述慢標分岔諧振控制模塊根據所述系統變量采樣模塊傳來的所述輸出電流io和所述輸出電壓uo，進行慢標分岔計算，其計算方法如下：

步驟3.1：在開關周期尺度下，觀察和計算系統的慢標分岔，將一個開關周期t等分成m份，在每個等分上設置一個觀察點，即有m個觀察點，m的取值范圍是(10000-100000)gi，i＝1,2,……m，則獲得一個周期內的輸出電流序列io(gi)輸出電壓序列uo(gi),i＝1,2,……m；

步驟3.2：連續截取k個開關周期的采樣值,將每個開關周期的起始點對齊，將采樣值折疊在一個開關周期內，獲得折疊圖的輸出電流序列io(gi，k)輸出電壓序列uo(gi，k),i＝1,2,……m；k＝1,2，……k；

步驟3.3：分別計算輸出電流序列io(gi，k)輸出電壓序列uo(gi，k)的慢標分岔程度

步驟3.4：計算綜合慢標分岔程度σ＝σio+σuo，當σ小于或等于閾值σth(σth的取值范圍為2.0-5.0),則禁止諧振回路工作，當σ大于閾值σth,則允許諧振回路工作。通過慢標分岔行為對諧振回路進行控制，使系統運行軌道產生偏移，偏離混沌運動區域，確保系統的穩定性和效率。

步驟4：所述交錯同步開關邏輯控制模塊根據所述系統變量采樣模塊反饋的所述輸出電流io和所述輸出電壓uo，對所述功率開關管q1、所述功率開關管q2、所述功率開關管q5、所述功率開關管q6進行交錯和同步控制，以開關頻率為同步時鐘，其中所述功率開關管q1和所述功率開關管q6，所述功率開關管q2和所述功率開關管q5，分別是兩組互補開關管，其工作方式為互補開關工作方式，所述功率開關管q1和所述功率開關管q2，所述功率開關管q5和所述功率開關管q6分別是交錯開關管，其工作方式為交錯開關方式。

請參考圖2和圖3,本發明一種電動汽車充電樁電路及其控制方法的控制方法，在系統未發生分岔和混沌行為時，本發明一種電動汽車充電樁電路及其控制方法的控制實施例如下：

步驟1：將一個控制周期分成a、b、c、d、e、f、g、h、i九個控制時隙，九個時隙的時間長度分別為ta、tb、tc、td、te、tf、tg、th、ti，其中實施控制需要算出的ta、tb、tc、td、te、tf共6個控制時隙的計算方法如下：

tg＝tf時隙結束之后的時間點至所述功率開關管q1打開的時間點

ti＝th時隙結束之后的時間點至所述功率開關管qr打開的時間點

步驟2：根據步驟1計算的控制時隙，同時計算綜合慢標分岔程度σ，當σ小于或等于閾值σth(σth的取值范圍為2.0-5.0),則跳至步驟4，當σ大于閾值σth,則跳至步驟3。

步驟3：在每個開關周期，以所述功率開關管q1、所述功率開關管q2、所述功率開關管qr的控制信號上升沿、下降沿為其他控制信號的同步基準。ta時隙為所述功率開關管qr控制信號的上升沿開始，在ta時隙的結束點，啟動所述功率開關管q3和所述功率開關管q4的控制信號上升沿，接著過tb時隙長度后，關閉所述功率開關管q2的控制信號(即產生所述功率開關管q2控制信號的下降沿)，所述功率開關管q2實現零電流關斷，接著歷經tc時隙長度后關閉所述功率開關管q3的控制信號(即產生所述功率開關管q3控制信號的下降沿)，緊接著歷經td時隙長度后關閉所述功率開關管qr的控制信號(即產生所述功率開關管qr控制信號的下降沿)，再歷經te時隙和tf時隙后，關閉所述功率開關管q4控制信號(即產生所述功率開關管q4控制信號的下降沿)，此后，tg時隙結束點關閉所述功率開關管q5的控制信號(即產生所述功率開關管q5控制信號的下降沿)，同時所述功率開關管q2控制信號打開，所述功率開關管q2實現零電流開通，最后歷經th時隙、ti時隙后，一個開關周期完成，整個系統將按本步驟周期性重復控制，所述功率開關管q1和所述功率開關管q2交替實現零電流開關，控制時序如圖2所示。

步驟4：當σ小于或等于閾值σth時，系統進入禁止諧振回路工作階段，與允許諧振回路工作階段相比，禁止諧振回路工作階段的所述功率開關管q3、所述功率開關管q4和所述功率開關管qr的控制信號被禁止。

步驟1-4周期性重復，實現本系統的控制。

與現有技術相比，本發明一種電動汽車充電樁電路及其控制方法的電路，采用慢標分岔控制的交錯同步諧振方法，進一步減小功率開關管的開關損耗，提高能量轉換效率，減少系統輸出的諧波分量，確保電動汽車動力電池的充電安全，具有更廣泛的市場空間。本發明一種電動汽車充電樁電路及其控制方法的控制方法，利用慢標分岔，對系統進行諧振控制，解決現有技術和產品在運行過程中的不穩定問題；對于強非線性系統具有更好的控制效果，具有更高的可靠性。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的原則之內所作的任何修改，等同替換和改進等均應包含本發明的保護范圍之內。