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原文传递插电式混合电动汽车综合变换系统的充电系统及方法

专利名称：	插电式混合电动汽车综合变换系统的充电系统及方法
摘要：	本公开提供了一种插电式混合电动汽车综合变换系统的充电系统及方法，通过调节变换器的总有功功率，实现总SOC平衡控制；通过调节总有功功率在输入相之间的分配，实现相间SOC平衡控制；通过调节同一相三桥臂之间的有功功率分配，实现同一相内各桥臂SOC平衡控制；通过微调同一桥臂生各子模块之间的有功功率分配，实现同一桥臂上各子模块之间的SOC平衡控制。本公开可以灵活的控制电池SOC均衡，具有较好的故障电池冗余处理能力，当某个子模块动力电池出现故障时，该子模块可退出运行，不影响其他子模块电池的正常运行。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山东;37
申请人：	山东大学
发明人：	王广柱;程振兴;银泽一
专利状态：	有效
申请日期：	2018-12-19T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-07T00:00:00+0800
申请号：	CN201811559049.5
公开号：	CN109849736A
代理机构：	济南圣达知识产权代理有限公司
代理人：	李琳
分类号：	B60L58/22(2019.01);B;B60;B60L;B60L58
申请人地址：	250061 山东省济南市历下区经十路17923号
主权项：	1.一种插电式混合电动汽车综合变换系统的充电系统，包括拓扑结构和控制系统，所述拓扑结构包括输入端为x相，输出端为y相的x*y个功率交换的桥臂的多维矩阵结构，所述输入端对应连接混合动力电动汽车交流发电机的定子绕组，所述输出端对应连接混合动力汽车的交流电动机绕组；多维矩阵结构包括多个呈阵列分布的桥臂，每个桥臂至少包括串联的电感与子模块链，子模块链包括多个串联的子模块；其特征是：所述控制系统包括综合控制器和桥臂控制器，所述综合控制器根据各子模块的电池SOC、各桥臂电流，以及输入侧电源电压，通过综合控制器运算处理后得到桥臂PWM公共占空比；桥臂各子模块SOC与所述桥臂PWM公共占空比经过桥臂控制器运算处理，得到桥臂各子模块的PWM占空比，产生各子模块的PWM控制信号，实现各子模块电池SOC平衡控制与电流控制。 2.如权利要求1所述的一种插电式混合电动汽车综合变换系统的充电系统，其特征是：每个子模块为H桥子模块SM，由四个带反并联二极管的功率开关、电容器和动力电池构成，其中，第一功率开关与第二功率开关、第三功率开关和第四功率开关先分别串联再与电容器并联，电容器再与动力电池并联。 3.如权利要求1所述的一种插电式混合电动汽车综合变换系统的充电系统，其特征是：所述综合控制器包括总控制器、相间控制器和桥臂控制器，每一相的桥臂的输出端分别与总控制器、相间控制器和桥臂控制器输入端连接；总控制器的输出端分别输出各桥臂的PWM公共占空比到各桥臂控制器；各桥臂控制器输出端与对应相的PWM信号发生器连接。 4.如权利要求3所述的一种插电式混合电动汽车综合变换系统的充电系统，其特征是：所述总控制器包括求平均值单元A、求平均值单元B、求平均值单元C，它们的输入端与模块化多电平矩阵变换器的输出端连接，求平均值单元A输出端则与求平均值单元B和桥臂平衡控制器连接，求平均值单元B输出端则与求平均值单元C和相间平衡控制器连接，求平均值单元C输出端则与总SOC平衡控制器连接，桥臂平衡控制器输出端与乘法器Ⅰ连接，乘法器Ⅰ还与归一化单元AP连接；总SOC平衡控制器和乘法器Ⅰ均分别与运算单元A连接；运算单元与电流控制器A连接；子模块电池SOC参考值送入总SOC平衡控制器输入端；模块化多电平矩阵变换器的交流侧电源电压送入到归一化单元A。 5.如权利要求1所述的一种插电式混合电动汽车综合变换系统的充电系统，其特征是：所述桥臂控制器结构相同，具体包括与xy桥臂N个子模块电池SOC检测值和对应的微调控制器，各微调控制器输出端分别与对应的乘法器连接；同时各微调控制器的输出端还与加法器A连接，加法器A依次与反号器A、乘法器AN连接，各乘法器A的输出端与相应的加法器连接；xy桥臂电流检测值送入归一化单元A，归一化单元A与各乘法器连接。 6.基于权利要求1-5中任一项所述的系统的工作方法，其特征是：包括以下步骤： (1)通过检测各桥臂上N个子模块电池SOC，得到桥臂N各子模块电池SOC检测值，通过求平均值单元A，得到各桥臂子模块平均荷电状态，将桥臂子模块平均荷电状态送入到求平均值单元B，得到输入、输出各相总平均荷电状态，将得到的各相平均荷电状态送入到求平均值单元C，得到总平均荷电状态； (2)通过检测输入侧电源电压，经过归一化单元A处理，得到相应单位幅值电源电压； (3)将各桥臂平均荷电状态与荷电状态参考送入到恒流恒压控制器处理，确定采用恒流或者恒压充电方式； (4)若为恒流充电方式，则直接给定各输入相SOC控制电流幅值；若为恒压充电方式，则将总平均荷电状态与荷电状态参考值送入到总荷电状态控制器处理，得到总荷电状态控制电流幅值，继而送入运算单元，与单位幅值电源电压经乘法器相乘后得到输入各相基值电流； (5)将各输入相总平均荷电状态送入到输入相平衡控制器进行处理，得到的输出值送入运算单元后与单位幅值电源电压经乘法器相乘后得到输入各相平衡调整电流； (6)将各输入相桥臂子模块平均荷电状态送入到桥臂平衡控制器进行处理，得到的输出值送入运算单元后与单位幅值电源电压经乘法器相乘后得到各输入相桥臂平衡调整电流； (7)将输入相参考电流、输入相平衡调整电流和桥臂平衡调整电流相加，得到各桥臂参考电流； (8)将xy桥臂电流检测值与参考电流送入到电流控制器A处理，得到xy桥臂PWM公共占空比； (9)将xy桥臂电流检测值送入到归一化单元A处理，得到xy桥臂单位幅值电流； (10)将桥臂子模块平均荷电状态与xy桥臂第j个子模块电池SOC检测值，其中j＝1,2,...,N-1，送入到xy桥臂第j个子模块微调控制器Aj进行处理，微调控制器Aj的输出经过对应的乘法器Aj与ixyu相乘后再经过对应的加法器Aj与xy桥臂PWM公共占空比相加，得到xy桥臂第j个子模块PWM占空比； (11)将N-1个xy桥臂的各个微调控制器的输出经过加法器A求和和经反号器A反向得到计算结果，再与xy桥臂单位幅值电流经乘法器AN相乘，然后与xy桥臂PWM公共占空比相加，得到xy桥臂第N个子模块PWM占空比； (12)将各子模块PWM占空比送入到PWM发生器单元，产生各子模块的PWM控制信号。 7.如权利要求6中所述的工作方法，其特征是：所述步骤(2)中，通过检测交流侧电源电压，采用锁相技术，得到与交流侧电源电压同频同相的单位幅值正弦函数，代替单位幅值电源电压。 8.如权利要求6中所述的工作方法，其特征是：所述步骤(9)中，用xy桥臂参考电流代替桥臂电流检测值；即将桥臂参考电流送入归一化单元A处理，得到xy桥臂单位幅值电流。 9.如权利要求6中所述的工作方法，其特征是：所述步骤(5)、步骤(6)中，相平衡调整电流和相桥臂平衡调整电流分别相加和为零。 10.一种电动汽车，其特征是：采用权利要求1-5中任一项所述的充电系统和/或权利要求6-9中任一项所述的工作方法。
所属类别：	发明专利