一种电动汽车充电桩电路及其控制方法与流程

本发明涉及电动汽车领域，具体涉及一种电动汽车充电桩电路及其控制方法。

背景技术：

为解决能源危机和全球环境污染，世界各国对新能源汽车特别是纯电动汽车的技术研发与市场推广日益加速，当前，纯电动汽车进入飞速发展的时代，与之相对应的基础配套设施电动汽车充电桩也在快速发展。但目前技术仍存在不少的问题待解决，如电能转换效率问题导致的系统不稳定，通常会引发连锁故障，轻则充电效能下降、充电桩停止工作，重则发生炸机事件，甚至会对电网产生冲击，引发局部电网电压崩溃，严重影响人民生活和国家经济发展。而这些故障几乎可归结为电能变换器的转换效率不高，系统发热量过大而导致的。为此，新型的高效率的电动汽车充电桩电路及其控制方法的研究与开发，是非常有必要的。

技术实现要素：

为克服现有的电动汽车充电桩效率不高、发热量大、稳定性差的缺点，本发明提供了一种电动汽车充电桩电路及其控制方法。

本发明一种电动汽车充电桩电路及其控制方法的电路包括7个功率开关管(q1-q6和qr)、7个功率二极管(dr和d1-d6)、4个功率电感(lo、lr、l1和l2)、3个电容(cin、co和cr)和电动汽车充电桩电路控制子系统；

所述功率开关管qr是谐振控制开关管，所述功率开关管q1和所述功率开关管q2，所述功率开关管q5和所述功率开关管q6分别是交错开关管，所述功率开关管q3-q6是同步整流管；

所述功率电感lo作为输出滤波电感，所述功率电感lr作为谐振电感，所述功率电感l1和所述功率电感l2作为储能变换电感；

所述电容cin为输入电容，所述电容co为输出电容，所述电容cr为谐振电容；

所述电动汽车充电桩电路控制子系统包括交错同步开关逻辑控制模块、慢标分岔谐振控制模块和系统变量采样模块；

电流io为输出电流，电压uo为输出电压；

所述输出电流io采样点和所述输出电压uo采样点电连接到所述系统变量采样模块，所述系统变量采样模块的两个输出端分别连接到所述交错同步开关逻辑控制模块和所述慢标分岔谐振控制模块的输入端，所述慢标分岔谐振控制模块的输出端连接到所述交错同步开关逻辑控制模块的一个输入端，所述交错同步开关逻辑控制模块的7个输出信号分别连接到7个功率开关管(q1-q6和qr)的栅极。

优选地，所述7个功率开关管(q1-q6和qr)采用mos或igbt。

优选地，所述功率二极管dr和所述功率二极管d1-d6采用快速功率二极管。

优选地，所述功率电感lo、所述功率电感lr、所述功率电感l1和所述功率电感l2采用软磁芯材料设计。

优选地，所述电容cin和所述电容co采用电解电容或大容量非极性电容。

优选地，所述电容cr采用功率谐振电容。

优选地，所述电动汽车充电桩电路控制子系统采用嵌入式arm处理器或dsp处理器。

本发明提供了一种电动汽车充电桩电路及其控制方法的控制方法包括以下4个步骤：

步骤1：将一个控制周期分成a、b、c、d、e、f、g、h、i九个控制时隙，九个时隙的时间长度分别为ta、tb、tc、td、te、tf、tg、th、ti，其中实施控制需要算出的ta、tb、tc、td、te、tf共6个控制时隙的计算方法如下：

tg＝tf时隙结束之后的时间点至所述功率开关管q1打开的时间点

ti＝th时隙结束之后的时间点至所述功率开关管qr打开的时间点

步骤2：根据步骤1计算的控制时隙，同时计算综合慢标分岔程度σ，当σ小于或等于阈值σth,σth的取值范围为2.0-5.0,则跳至步骤4，当σ大于阈值σth,则跳至步骤3。

步骤3：在每个开关周期，以所述功率开关管q1、所述功率开关管q2、所述功率开关管qr的控制信号上升沿、下降沿为其他控制信号的同步基准。ta时隙为所述功率开关管qr控制信号的上升沿开始，在ta时隙的结束点，启动所述功率开关管q3和所述功率开关管q4的控制信号上升沿，接着过tb时隙长度后，关闭所述功率开关管q2的控制信号，所述功率开关管q2实现零电流关断，接着历经tc时隙长度后关闭所述功率开关管q3的控制信号，紧接着历经td时隙长度后关闭所述功率开关管qr的控制信号，再历经te时隙和tf时隙后，关闭所述功率开关管q4控制信号，此后，tg时隙结束点关闭所述功率开关管q5的控制信号，同时所述功率开关管q2控制信号打开，所述功率开关管q2实现零电流开通，最后历经th时隙、ti时隙后，一个开关周期完成，整个系统将按本步骤周期性重复控制，所述功率开关管q1和所述功率开关管q2交替实现零电流开关。

步骤4：当σ小于或等于阈值σth时，系统进入禁止谐振回路工作阶段，与允许谐振回路工作阶段相比，禁止谐振回路工作阶段的所述功率开关管q3、所述功率开关管q4和所述功率开关管qr的控制信号被禁止。

与现有技术相比，本发明一种电动汽车充电桩电路及其控制方法的电路，采用慢标分岔控制的交错同步谐振方法，进一步减小功率开关管的开关损耗，提高能量转换效率，减少系统输出的谐波分量，确保电动汽车动力电池的充电安全，具有更广泛的市场空间。本发明一种电动汽车充电桩电路及其控制方法的控制方法，利用慢标分岔，对系统进行谐振控制，解决现有技术和产品在运行过程中的不稳定问题；对于强非线性系统具有更好的控制效果，具有更高的可靠性。

附图说明

图1是本发明一种电动汽车充电桩电路及其控制方法的电路图。

图2是本发明一种电动汽车充电桩电路及其控制方法未发生分岔或混沌行为时的控制时序图。

图3是本发明一种电动汽车充电桩电路及其控制方法发生分岔或混沌行为时的控制时序图。

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参考图1，本发明一种电动汽车充电桩电路及其控制方法的电路包括7个功率开关管(q1-q6和qr)、7个功率二极管(dr和d1-d6)、4个功率电感(lo、lr、l1和l2)、3个电容(cin、co和cr)和电动汽车充电桩电路控制子系统。所述7个功率开关管(q1-q6和qr)采用mos或igbt，所述功率开关管qr是谐振控制开关管，所述功率开关管q1和所述功率开关管q2，所述功率开关管q5和所述功率开关管q6分别是交错开关管，所述功率开关管q3-q6是同步整流管；所述功率二极管dr和所述功率二极管d1-d6采用快速功率二极管；所述功率电感lo、所述功率电感lr、所述功率电感l1和所述功率电感l2采用软磁芯材料设计，所述功率电感lo作为输出滤波电感，所述功率电感lr作为谐振电感，所述功率电感l1和所述功率电感l2作为储能变换电感；所述电容cin为输入电容，所述电容co为输出电容，其采用电解电容或其他大容量非极性电容，所述电容cr为谐振电容，其采用功率谐振电容；所述电动汽车充电桩电路控制子系统采用嵌入式arm处理器或dsp处理器，所述电动汽车充电桩电路控制子系统包括交错同步开关逻辑控制模块、慢标分岔谐振控制模块和系统变量采样模块。电流io为输出电流，电压uo为输出电压，输出电流io采样点和输出电压uo采样点电连接到所述系统变量采样模块，所述系统变量采样模块的两个输出端分别连接到所述交错同步开关逻辑控制模块和所述慢标分岔谐振控制模块的输入端，所述慢标分岔谐振控制模块的输出端连接到所述交错同步开关逻辑控制模块的一个输入端，所述交错同步开关逻辑控制模块的7个输出信号分别连接到7个功率开关管(q1-q6和qr)的栅极。

本发明一种电动汽车充电桩电路及其控制方法的电路控制流程及方法如下：

步骤1：所述系统变量采样模块对所述输出电流io和所述输出电压uo进行采样,并进行存储，存储深度为n，n的取值范围(100000-5000000)，得到数字信号序列uo[n]，io[n]，n＝1,2,3……n；

步骤2：所述系统变量采样模块同时将采集到的所述输出电流io和所述输出电压uo反馈到所述交错同步开关逻辑控制模块和所述慢标分岔谐振控制模块；

步骤3：所述慢标分岔谐振控制模块根据所述系统变量采样模块传来的所述输出电流io和所述输出电压uo，进行慢标分岔计算，其计算方法如下：

步骤3.1：在开关周期尺度下，观察和计算系统的慢标分岔，将一个开关周期t等分成m份，在每个等分上设置一个观察点，即有m个观察点，m的取值范围是(10000-100000)gi，i＝1,2,……m，则获得一个周期内的输出电流序列io(gi)输出电压序列uo(gi),i＝1,2,……m；

步骤3.2：连续截取k个开关周期的采样值,将每个开关周期的起始点对齐，将采样值折叠在一个开关周期内，获得折叠图的输出电流序列io(gi，k)输出电压序列uo(gi，k),i＝1,2,……m；k＝1,2，……k；

步骤3.3：分别计算输出电流序列io(gi，k)输出电压序列uo(gi，k)的慢标分岔程度

步骤3.4：计算综合慢标分岔程度σ＝σio+σuo，当σ小于或等于阈值σth(σth的取值范围为2.0-5.0),则禁止谐振回路工作，当σ大于阈值σth,则允许谐振回路工作。通过慢标分岔行为对谐振回路进行控制，使系统运行轨道产生偏移，偏离混沌运动区域，确保系统的稳定性和效率。

步骤4：所述交错同步开关逻辑控制模块根据所述系统变量采样模块反馈的所述输出电流io和所述输出电压uo，对所述功率开关管q1、所述功率开关管q2、所述功率开关管q5、所述功率开关管q6进行交错和同步控制，以开关频率为同步时钟，其中所述功率开关管q1和所述功率开关管q6，所述功率开关管q2和所述功率开关管q5，分别是两组互补开关管，其工作方式为互补开关工作方式，所述功率开关管q1和所述功率开关管q2，所述功率开关管q5和所述功率开关管q6分别是交错开关管，其工作方式为交错开关方式。

请参考图2和图3,本发明一种电动汽车充电桩电路及其控制方法的控制方法，在系统未发生分岔和混沌行为时，本发明一种电动汽车充电桩电路及其控制方法的控制实施例如下：

步骤1：将一个控制周期分成a、b、c、d、e、f、g、h、i九个控制时隙，九个时隙的时间长度分别为ta、tb、tc、td、te、tf、tg、th、ti，其中实施控制需要算出的ta、tb、tc、td、te、tf共6个控制时隙的计算方法如下：

tg＝tf时隙结束之后的时间点至所述功率开关管q1打开的时间点

ti＝th时隙结束之后的时间点至所述功率开关管qr打开的时间点

步骤2：根据步骤1计算的控制时隙，同时计算综合慢标分岔程度σ，当σ小于或等于阈值σth(σth的取值范围为2.0-5.0),则跳至步骤4，当σ大于阈值σth,则跳至步骤3。

步骤3：在每个开关周期，以所述功率开关管q1、所述功率开关管q2、所述功率开关管qr的控制信号上升沿、下降沿为其他控制信号的同步基准。ta时隙为所述功率开关管qr控制信号的上升沿开始，在ta时隙的结束点，启动所述功率开关管q3和所述功率开关管q4的控制信号上升沿，接着过tb时隙长度后，关闭所述功率开关管q2的控制信号(即产生所述功率开关管q2控制信号的下降沿)，所述功率开关管q2实现零电流关断，接着历经tc时隙长度后关闭所述功率开关管q3的控制信号(即产生所述功率开关管q3控制信号的下降沿)，紧接着历经td时隙长度后关闭所述功率开关管qr的控制信号(即产生所述功率开关管qr控制信号的下降沿)，再历经te时隙和tf时隙后，关闭所述功率开关管q4控制信号(即产生所述功率开关管q4控制信号的下降沿)，此后，tg时隙结束点关闭所述功率开关管q5的控制信号(即产生所述功率开关管q5控制信号的下降沿)，同时所述功率开关管q2控制信号打开，所述功率开关管q2实现零电流开通，最后历经th时隙、ti时隙后，一个开关周期完成，整个系统将按本步骤周期性重复控制，所述功率开关管q1和所述功率开关管q2交替实现零电流开关，控制时序如图2所示。

步骤4：当σ小于或等于阈值σth时，系统进入禁止谐振回路工作阶段，与允许谐振回路工作阶段相比，禁止谐振回路工作阶段的所述功率开关管q3、所述功率开关管q4和所述功率开关管qr的控制信号被禁止。

步骤1-4周期性重复，实现本系统的控制。

与现有技术相比，本发明一种电动汽车充电桩电路及其控制方法的电路，采用慢标分岔控制的交错同步谐振方法，进一步减小功率开关管的开关损耗，提高能量转换效率，减少系统输出的谐波分量，确保电动汽车动力电池的充电安全，具有更广泛的市场空间。本发明一种电动汽车充电桩电路及其控制方法的控制方法，利用慢标分岔，对系统进行谐振控制，解决现有技术和产品在运行过程中的不稳定问题；对于强非线性系统具有更好的控制效果，具有更高的可靠性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含本发明的保护范围之内。