电动汽车的车载充电系统及车载充电系统的控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种电动汽车的车载充电系统以及一种电动汽车的车载充电系统的控制方法。
【背景技术】
[0002]混合动力汽车一般采用单相充电的方式，可适用于普通家庭的单相电网。但是，当前的混合动力汽车一般只具备对动力电池充电的能力，而不具备对外放电的能力，或者仅仅只能提供为手机、笔记本等便携式设备充电的小功率(几瓦至几十瓦)、低电压(二十伏以内)的直流放电接口。
[0003]因此，现有的混合动力汽车上的车载充电系统功能单一，无法满足不同用户的用电需求。而且，一般采用带有变压器的隔离型设计方案，导致整个设备体积较大，占用空间大。
【发明内容】
[0004]本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。
[0005]为此，本发明的一个目的在于提出了一种电动汽车的车载充电系统，不仅具备基本的为动力电池充电的功能，还能够作为高质量的交流电源向外供电，充分满足用户的需求。
[0006]本发明的另一个目的在于提出了一种电动汽车的车载充电系统的控制方法。
[0007]为达到上述目的，本发明一方面实施例提出的电动汽车的车载充电系统，包括动力电池、双向逆变器和监控装置，所述监控装置与所述双向逆变器和所述动力电池分别相连，其中，所述双向逆变器包括逆变桥、采样电路和逆变控制器，所述逆变桥包括连接所述动力电池的直流端和连接电网或负载的交流端，所述采样电路用于采样所述直流端的直流电压、直流电流和所述交流端的交流电压、交流电流，所述逆变控制器与所述采样电路和所述逆变桥分别相连，所述逆变控制器根据所述交流端的交流电压、交流电流和所述监控装置下发的控制指令输出控制信号以对所述逆变桥进行控制，以使所述双向逆变器在充电模式或离网逆变模式下工作；所述监控装置用于获取所述动力电池的状态信息、所述直流端的直流电压、直流电流和所述交流端的交流电压、交流电流，并接收所述电动汽车的整车调度系统下发的指令，以及根据所述整车调度系统下发的指令、所述动力电池的状态信息、所述直流端的直流电压、直流电流和所述交流端的交流电压、交流电流向所述逆变控制器下发所述控制指令。
[0008]根据本发明实施例的电动汽车的车载充电系统，通过采样电路采样逆变桥直流端的直流电压、直流电流和逆变桥交流端的交流电压、交流电流，然后监控装置获取动力电池的状态信息、采样电路获取的直流端的直流电压、直流电流和交流端的交流电压、交流电流，并接收电动汽车的整车调度系统下发的指令，以及监控装置根据整车调度系统下发的指令、动力电池的状态信息、采样电路获取的直流端的直流电压、直流电流和交流端的交流电压、交流电流向逆变控制器下发控制指令，逆变控制器根据采样电路获取的交流端的交流电压、交流电流和监控装置下发的控制指令输出控制信号以对逆变桥进行控制，以使双向逆变器工作在充电模式或离网逆变模式下。因此，本发明实施例的电动汽车的车载充电系统，不仅具备基本的为动力电池充电的功能，还能够作为高质量的交流电源向外供电，在驱车外出或短时停电时可给各种家用电器供电，功能更加全面，大大提高了车载充电系统的适用范围。此外，该电动汽车的车载充电系统采用非隔离方式，取消了变压器，简化了系统结构，降低了成本，减小了占用空间。
[0009]根据本发明的一个实施例，所述动力电池的状态信息包括所述动力电池的电压、电流、温度和荷电状态S0C，其中，当所述双向逆变器在所述充电模式下工作时，所述电网通过所述双向逆变器给所述动力电池充电，并在所述监控装置监测到所述动力电池的SOC达到第一预设值且所述直流端的直流电压达到第一预设电压时，所述监测装置控制所述双向逆变器停止工作；当所述双向逆变器在所述离网逆变模式下工作时，所述动力电池通过所述双向逆变器给所述负载供电，并在所述监控装置监测到所述动力电池的SOC小于第二预设值且所述直流端的直流电压小于第二预设电压时，所述监测装置控制所述双向逆变器停止工作。
[0010]根据本发明的一个实施例，所述逆变控制器还采用虚拟正交方式分别对所述交流端的交流电压、交流电流进行处理以获得虚拟电压、虚拟电流，并对所述交流端的交流电压和所述虚拟电压进行Park坐标转换以获得第一实际采样电压和第二实际采样电压，同时对所述交流端的交流电流和所述虚拟电流进行Park坐标转换以获得第一实际采样电流和第二实际采样电流。
[0011]采用虚拟正交方式在原来检测到的交流端的交流电压、交流电流的基础上分别产生一路虚拟电压和一路虚拟电流，从而能够使用Park坐标转换，并通过对Park坐标转换后的直流量第一实际采样电压、第二实际采样电压、第一实际采样电流和第二实际采样电流的PI调节实现快速无静差跟踪控制，即采用双同步旋转坐标变换算法，通过将交流量变换为直流量再进行控制，就可以获得很好的调节性能。
[0012]根据本发明的一个实施例，当所述双向逆变器在所述充电模式下工作时，其中，所述逆变控制器对所述监控装置下发的第一目标电流和所述第一实际采样电流进行差分，并对差分得到的第一电流差值进行比例积分PI调节以获得第一调节电压，同时所述逆变控制器对所述监控装置下发的第二目标电流和所述第二实际采样电流进行差分，并对差分得到的第二电流差值进行比例积分PI调节以获得第二调节电压；所述逆变控制器根据所述第一调节电压和所述第一实际采样电压获得第一调制电压，并根据所述第二调节电压和所述第二实际采样电压获得第二调制电压；所述逆变控制器对所述第一调制电压和所述第二调制电压进行Park逆变换以获得第一调制波信号，并根据所述第一调制波信号生成第一控制信号。
[0013]并且，根据本发明的一个实施例，当所述双向逆变器在所述充电模式下工作时，所述逆变控制器还记录每个控制周期的第一电流差值和第二电流差值，并将所述每个控制周期的第一电流差值和第二电流差值分别乘以第一补偿系数以生成第一补偿电压和第二补偿电压，以及所述逆变控制器将当前控制周期生成的第一补偿电压在下一控制周期叠加到所述第一调制电压、将当前控制周期生成的第二补偿电压在下一控制周期叠加到所述第二调制电压。
[0014]根据本发明的一个实施例，当所述双向逆变器在所述离网逆变模式下工作时，其中，所述逆变控制器对所述监控装置下发的第一目标电压和所述第一实际采样电压进行差分，并对差分得到的第一电压差值进行比例积分PI调节以获得第一内环目标电流，同时所述逆变控制器对所述监控装置下发的第二目标电压和所述第二实际采样电压进行差分，并对差分得到的第二电压差值进行比例积分PI调节以获得第二内环目标电流；所述逆变控制器对所述第一内环目标电流和所述第一实际采样电流进行差分，并对差分得到的第三电流差值进行比例积分PI调节以获得第三调制电压，同时所述逆变控制器对所述第二内环目标电流和所述第二实际采样电流进行差分，并对差分得到的第四电流差值进行比例积分PI调节以获得第四调制电压；所述逆变控制器对所述第三调制电压和所述第四调制电压进行Park逆变换以获得第二调制波信号，并根据所述第二调制波信号生成第二控制信号。
[0015]并且，根据本发明的一个实施例，当所述双向逆变器在所述离网逆变模式下工作时，所述逆变控制器还记录每个控制周期的第一电压差值和第二电压差值，并将所述每个控制周期的第一电压差值和第二电压差值分别乘以第二补偿系数以生成第一补偿电流和第二补偿电流，以及所述逆变控制器将当前控制周期生成的第一补偿电流在下一控制周期叠加到所述第三电流差值、将当前控制周期生成的所述第二补偿电流在下一控制周期叠加到所述第四电流差值。
[0016]在本发明的实施例中，所述逆变桥为单相H桥。
[0017]根据本发明的一个实施例，所述双向逆变器的工作模式还包括空闲模式，其中，当所述双向逆变器在所述空闲模式下工作时，所述监控装置根据所述动力电池的状态信息判断所述动力电池的荷电状态SOC小于第三预设值时，所述监控装置发出报警提示。
[0018]为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出的电动汽车的车载充电系统的控制方法，所述车载充电系统包括动力电池、双向逆变器和监控装置，所述监控装置与所述双向逆变器和所述动力电池分别相连，所述控制方法包括以下步骤:采样所述双向逆变器中逆变桥的直流端的直流电压、直流电流和所述逆变桥的交流端的交流电压、交流电流；所述监控装置获取所述动力电池的状态信息、所述直流端的直流电压、直流电流和所述交流端的交流电压、交流电流，并接收所述电动汽车的整车调度系统下发的指令，以及根据所述整车调度系统下发的指令、所述动力电池的状态信息、所述直流端的直流电压、直流电流和所述交流端的交流电压、交流电流向所述双向逆变器下发控制指令；根据所述交流端的交流电压、交流电流和所述监控装置下发的所述控制指令输出控制信号以对所述逆变桥进行控制，以使所述双向逆变器在充电模式或离网逆变模式下工作。
[0019]根据本发明实施例的电动汽车的车载充电系统的控制方法，通过采样双向逆变器中逆变桥的直流端的直流电压、直流电流和逆变桥的交流端的交流电压、交流电流，然后监控装置获取动力电池的状态信息、直流端的直流电压、直流电流和交流端的交流电压、交流电流，并接收电动汽车的整车调度系统下发的指令，以及监控装置根据整车调度系统下发的指令、动力电池的状态信息、直流端的直流电压、直流电流和交流端的交流电压、交流电流向双向逆变器下发控制指令；最后根据交流端的交流电压、交流电流和监控装置下发的控制指令输出控制信号以对逆变桥进行控制，以使双向逆变器在充电模式或离网逆变模式下工作，使得电动汽车的车载充电系统功能更全面，不仅具备基本的为动力电池充电的功能，还能够作为高质量的交流电源向外供电，这样在驱车外出或短时停电时车载充电系统可为各种家用电器供电，大大提高了车载充电系统的适用范围。
[0020]根据本发明的一个实施例，所述动力电池的状态信息包括所述动力电池的电压、电流、温度和荷电状态S0C，所述交流端连接电网或负载，其中，当所述双向逆变器在所述充电模式下工作时，所述电网通过所述双向逆变器给所述动力电池充电，并在所述监控装置监测到所述动力电池的SOC达到第一预设值且所述直流端的直流电压达到第一预设电压时，所述监测装置控制所述双向逆变器停止工作；当所述双向逆变器在所述离网逆变模式下工作时，所述动力电池通过所述双向逆变器给所述负载供电，并在所述监控装置监测到所述动力电池的SOC小于第二预设值且所述直流端的直流电压小于第二预设电压时，所述监测装置控制所述双向逆变器停止工作。
[0021]根据本发明的一个实施例，在对所述逆变桥进行控制时，采用虚拟正交方式分别对所述交流端的交流电压、交流电流进行处理以获得虚拟电压、虚拟电流，并对所述交流端的交流电压和所述虚拟电压进行Park坐标转换以获得第一实际采样电压和第二实际采样电压，同时对所述交流端的交流电流和所述虚拟电流进行Park坐标转换以获得第一实际采样电流和第二实际采样电流。
[0022]采用虚拟正交方式在原来检测到的交流端的交流电压、交流电流的基础上分别产生一路虚拟电压和一路虚拟电流，从而能够使用Park坐标转换，并通过对Park坐标转换后的直流量第一实际采样电压、第二实际采样电压、第一实际采样电流和第二实际采样电流的PI调节实现快速无静差跟踪控制，即采用双同步旋转坐标变换算法，通过将交流量变换为直流量再进行控制，就可以获得很好的调节性能。