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一种电动车车载充电控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的是提出一种实用的电动汽车车载充电控制系统及其控制方法。本发明的电动汽车车载充电控制系统由控制单元和依次连接的充电输入端、整流滤波电路、功率因数校正电路、DC-DC电路、充电输出端构成；所述控制单元接收充电输入端、充电输出端、功率因数校正电路的信息，并根据该信息来控制功率因数校正电路和DC-DC电路的工作。本发明的电动汽车车载充电控制系统及其控制方法可以简化硬件电路，降低硬件成本，同时保证了充电系统的可靠性、精确度和效率，值得推广使用。

Description

一种电动车车载充电控制系统及其控制方法
技术领域
本发明属于电动车技术领域，特别涉及到一种电动汽车车载充电控制系统及其控制方法。
背景技术
随着现代高新技术的发展和当今世界环境、能源两大难题的日益突出，电动汽车以优越的环保特性，成为汽车行业关注的重点。而随着国家对新能源汽车的多项扶植政策的出台，新能源汽车的发展步伐正在加快，充电基础设施的建设步伐也在加快。但是非车载充电的充电方式，因建设成本高，无法满足用户自行充电的需求。而目前一些车载充电器直接从电源生产厂家外购，在符合汽车安全规范、可靠性、效率、控制精度方面存在不足，因此高效率、低损耗以及高安全系数的车载充电器是当前研究的一个热点。
发明内容
本发明的目的是提出一种实用的电动汽车车载充电控制系统及其控制方法。
本发明的电动汽车车载充电控制系统由控制单元和依次连接的充电输入端、整流滤波电路、功率因数校正电路、DC-DC电路、充电输出端构成；所述控制单元接收充电输入端、充电输出端、功率因数校正电路的信息，并根据该信息来控制功率因数校正电路和DC-DC电路的工作。
具体来说，所述功率因数校正电路由两个BOOST电路并联而成，所述每个BOOST电路均由电感和场效应管连接而成，且每个BOOST电路的电感端与整流滤波电路的正输出端相连，场效应管端与整流滤波电路的负输出端相连；且每个BOOST电路中电感与场效应管的接点通过二极管与功率因数校正电路的正输出端相连；所述电感与场效应管的接点设有电压采集电路，所述功率因数校正电路的正输出端设有电流采集电路，所述电压采集电路、电流采集电路以及每个场效应管的控制端均与控制单元相连。当功率因数校正电路工作时，控制单元交错驱动两个BOOST电路的场效应管，可以减小输出电压的纹波，此种电路拓扑结构应用于功率因数校正中，使负载表现为阻性负载，对电网的影响减小，稳定性好。
进一步地，所述控制单元由中央处理模块及与中央处理模块相连的模数转换模块、脉宽调制模块构成，所述中央处理模块通过模数转换模块接收电压采集电路的电压信息、电流采集电路的电流信息、充电输入端的电压信息、充电输出端的电压信息，并根据上述信息来控制脉宽调制模块的输出。控制单元利用PWM波来控制各场效应管的导通及关断，从而实现了实时控制输出端的电压及电流输出，同时保证输入、输出不会出现过压、过流现象。
进一步地，所述脉宽调制模块的输出端依次连接有功率放大模块以及隔离转换模块。因为从脉宽调制模块发出的PWM信号功率很低，不足以驱动场效应管，因此需要用功率驱动模块进行功率放大，同时因为脉宽调制模块属于弱电压单元模块，而主电路属于高压系统，从电路绝缘安全考虑，脉宽调制模块的信号不能直接进行传递到高压模块，因此采用隔离转换模块（可采用隔离变压器）的进行电隔离，用于传输驱动电信号，保证安全。
进一步地，所述控制模块还连接有CAN网关模块，控制模块可以通过CAN网关模块与整车进行通讯，实现信息共享。
进一步地，所述DC-DC电路由移相全桥电路、同步整流电路、稳压滤波电路串联而成，此为现有技术，此处不再赘述。
上述的电动汽车车载充电控制系统的控制方法具体如下：所述控制单元接收充电输入端、充电输出端、功率因数校正电路的信息，并根据该信息来控制功率因数校正电路和DC-DC电路的工作，关键在于所述中央处理模块通过模数转换模块接收电压采集电路的电压信息、电流采集电路的电流信息、充电输入端的电压信息、充电输出端的电压信息；中央处理模块将充电输出端的电压信息作为参考，将电压采集电路的电压信息作为反馈，通过PID闭环处理得到第一参考电压；中央处理模块将充电输入端的电压信息进行两个极点两个零点的滤波处理后，再进行升压处理，得到正的Vac电压参考值，再将Vac电压参考值依次通过带通滤波处理及平方换算处理后，得到第二参考电压；中央处理模块根据第一参考电压、第二参考电压和Vac电压参考值来设定功率因数电流，并以功率因数电流作为参考，以电流采集电路的电流信息作为反馈，通过PID闭环处理得到控制信号，中央处理模块将该控制信号输出至脉宽调制模块，从而控制脉宽调制模块的PWM信号输出，以交错驱动功率因数校正电路中的两个场效应管。
控制单元利用软件对PFC电流（即电流采集电路的电流信息）内环和VBOOST电压（即电压采集电路的电压信息）外环进行数字滤波和数字抗积分饱和的PID调节后，转换为PWM输出的占空比。当VBOOST输出电压有波动时，根据给定电压参考值并由电压外环的PID控制输来调节控制单元输出的PWM波形的占空比，以达到调节电压的目的。如果采集到的电流反馈值与计算得到的电流值有误差的时，可以通过电流内环调节PWM的输出占空比以达到稳定电流的目的。由于控制单元具有强大的运算能力以及PWM生成模块，使PWM信号可以方便地得到，因此，硬件部分可以大大简化，控制电路部分可以全部省略而由软件来代替，即软件实现PID计算控制以及PWM信号的产生，从而降低硬件成本。
本发明的电动汽车车载充电控制系统及其控制方法可以简化硬件电路，降低硬件成本，同时保证了充电系统的可靠性、精确度和效率，值得推广使用。
附图说明
图1是本发明的电动汽车车载充电控制系统的电路原理图。
图2本发明的电动汽车车载充电控制系统的控制方法中的PFC电路控制算法简图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施实例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明。
实施例1：
如图1所示，本实施例的电动汽车车载充电控制系统电动汽车车载充电控制系统由控制单元和依次连接的充电输入端、整流滤波电路、功率因数校正电路（即PFC电路）、DC-DC电路、充电输出端构成，其中：
功率因数校正电路由两个BOOST电路并联而成，所述每个BOOST电路均由电感L和场效应管A(B）连接而成，且每个BOOST电路的电感端与整流滤波电路的正输出端相连，场效应管端与整流滤波电路的负输出端相连；且每个BOOST电路中电感L与场效应管A(B）的接点通过二极管与功率因数校正电路的正输出端相连；所述电感L与场效应管A(B）的接点设有电压采集电路，电压采集电路输出BOOST升压后的输出电压，即VBOOST；所述功率因数校正电路的正输出端设有电流采集电路，电流采集电路输出PFC电流，即Ipfc；所述电压采集电路、电流采集电路以及每个场效应管A(B）的控制端均与控制单元相连。
控制单元由中央处理模块（CPU）及与中央处理模块相连的模数转换模块（ADC）、脉宽调制模块（PWM）、CAN网关模块构成，所述中央处理模块通过模数转换模块接收电压采集电路的电压信息、电流采集电路的电流信息、充电输入端的电压信息、充电输出端的电压信息，并根据上述信息来控制脉宽调制模块的输出，且脉宽调制模块的输出端依次连接有功率放大模块（图中未画出）以及隔离转换模块。
具体来说，整流滤波电路由桥式整流器和滤波电容构成；DC-DC电路由四个场效应管C、D、E、F和变压器组成的移相全桥电路、由四个场效应管G、H、J、K组成的同步整流电路、由电感和电容构成的稳压滤波电路串联而成。充电输入端为220V，50HZ的交流市电，流经桥式整流器后，变为含有脉动纹波的直流电，经过滤波电容滤波后的直流电经过两相并联的BOOST升压电路，把电压抬升至400V，通过交错驱动场效应管A和场效应管B,促使输出纹波电压更低；400V的高压电经过移相全桥电路、同步整流电路及稳压滤波电路后整定为给动力电池适合充电的电压，输出电压的大小可以通过调节PWM（A、B、C、D）的占空比来实现。功率因数校正电路采集量有充电输入端的电压（即市电VAC）、PFC电路电流（即Ipfc）、BOOST升压后的输出电压（即VBOOST），DC-DC电路采集量为充电输出端的电压信息（即Vout）。
控制单元的脉宽调制模块的输出端经过功率放大模块以及隔离变压器与所述场效应管A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K的控制端相连；中央处理模块通过模数转换模块和各采样电路接收充电输入端的电压（即市电VAC）、PFC电路电流（即Ipfc）、BOOST升压后的输出电压（即VBOOST），充电输出端的电压信息（即Vout）等信息，并根据上述信息控制脉宽调制模块的输出，利用PWM波来控制各场效应管的导通及关断，从而实现实时控制输出端的电压及电流输出。同时，中央处理模块还可以通过CAN网关模块与整车进行通讯，实现信息共享。
上述DC-DC电路的控制方法为现有技术，此处不再赘述。
如图2所示，功率因数校正电路的控制方法如下：中央处理模块通过模数转换模块接收电压采集电路的电压信息、电流采集电路的电流信息、充电输入端的电压信息、充电输出端的电压信息；中央处理模块将充电输出端的电压信息作为参考，将电压采集电路的电压信息作为反馈，通过PID闭环处理得到第一参考电压；中央处理模块首先将充电输入端的电压信息进行两个极点两个零点的滤波处理（以滤除不同频率段上VAC的纹波干扰，如果这些干扰不滤除，可能会造成整个控制环的不稳定），再进行升压处理，得到正的Vac电压参考值，再将Vac电压参考值依次通过带通滤波处理（去除剩余的纹波电压，变换为VAC的平均值）及平方换算处理后，得到第二参考电压；中央处理模块根据第一参考电压、第二参考电压和Vac电压参考值来设定功率因数电流，并以功率因数电流作为参考，以电流采集电路的电流信息作为反馈，通过PID闭环处理得到控制信号，中央处理模块将该控制信号输出至脉宽调制模块，从而控制脉宽调制模块的PWM信号输出，以交错驱动功率因数校正电路中的两个场效应管。

Claims (7)

1.一种电动汽车车载充电控制系统，其特征在于由控制单元和依次连接的充电输入端、整流滤波电路、功率因数校正电路、DC-DC电路、充电输出端构成；所述控制单元接收充电输入端、充电输出端、功率因数校正电路的信息，并根据该信息来控制功率因数校正电路和DC-DC电路的工作。
2.根据权利要求1所述的电动汽车车载充电控制系统，其特征在于所述功率因数校正电路由两个BOOST电路并联而成，所述每个BOOST电路均由电感和场效应管连接而成，且每个BOOST电路的电感端与整流滤波电路的正输出端相连，场效应管端与整流滤波电路的负输出端相连；且每个BOOST电路中电感与场效应管的接点通过二极管与功率因数校正电路的正输出端相连；所述电感与场效应管的接点设有电压采集电路，所述功率因数校正电路的正输出端设有电流采集电路，所述电压采集电路、电流采集电路以及每个场效应管的控制端均与控制单元相连。
3.根据权利要求2所述的电动汽车车载充电控制系统，其特征在于所述控制单元由中央处理模块及与中央处理模块相连的模数转换模块、脉宽调制模块构成，所述中央处理模块通过模数转换模块接收电压采集电路的电压信息、电流采集电路的电流信息、充电输入端的电压信息、充电输出端的电压信息，并根据上述信息来控制脉宽调制模块的输出。
4.根据权利要求3所述的电动汽车车载充电控制系统，其特征在于所述脉宽调制模块的输出端依次连接有功率放大模块以及隔离转换模块。
5.根据权利要求4所述的电动汽车车载充电控制系统，其特征在于所述控制模块还连接有CAN网关模块。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的电动汽车车载充电控制系统，其特征在于所述DC-DC电路由移相全桥电路、同步整流电路、稳压滤波电路串联而成。
7.根据权利要求3所述的电动汽车车载充电控制系统的控制方法，所述控制单元接收充电输入端、充电输出端、功率因数校正电路的信息，并根据该信息来控制功率因数校正电路和DC-DC电路的工作，其特征在于所述中央处理模块通过模数转换模块接收电压采集电路的电压信息、电流采集电路的电流信息、充电输入端的电压信息、充电输出端的电压信息；中央处理模块将充电输出端的电压信息作为参考，将电压采集电路的电压信息作为反馈，通过PID闭环处理得到第一参考电压；中央处理模块将充电输入端的电压信息进行两个极点两个零点的滤波处理后，再进行升压处理，得到正的Vac电压参考值，再将Vac电压参考值依次通过带通滤波处理及平方换算处理后，得到第二参考电压；中央处理模块根据第一参考电压、第二参考电压和Vac电压参考值来设定功率因数电流，并以功率因数电流作为参考，以电流采集电路的电流信息作为反馈，通过PID闭环处理得到控制信号，中央处理模块将该控制信号输出至脉宽调制模块，从而控制脉宽调制模块的PWM信号输出，以交错驱动功率因数校正电路中的两个场效应管。
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