CN106183856B - 一种电动汽车的辅助供电装置及其控制方法 - Google Patents

一种电动汽车的辅助供电装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了供电技术领域内的一种电动汽车的辅助供电装置及其控制方法，包括主电路和控制电路，主电路包括光伏变换电路、串联连接的多个回收电池功率电路、母线电容C5；串接后的回收电池功率电路的输出端和光伏变换电路的输出端并联连接，并接后的回收电池功率电路和光伏变换电路的输出端经母线电容C5给直流充电桩供电；控制电路控制母线电容电压维持在600V；直流充电桩可给电动汽车充电；本发明实现了电动汽车回收电池的再利用，通过对电池能量的控制，使回收电池循环利用，降低了直流充电桩的运营成本，节约能源。

Description

一种电动汽车的辅助供电装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及回收电池再利用装置及控制方法，特别涉及一种使用回收电池给电动汽车辅助供电的装置及控制方法。
背景技术
随着电动汽车产业的不断发展，一个可以预见的问题是如何处理大量的从电动汽车上淘汰下来的回收电池，这些电池由于老化而使得容量下降到电池初始容量的60%，因此不再适合继续在电动汽车上使用，但却没有达到报废的标准，如果环保高效地这些电池进行再利用是一个急需解决的问题；另外，现有技术中，电动汽车均是通过直流充电桩对电动汽车进行充电，直流充电桩的运营成本高，提高电动汽车的使用成本。
发明内容
一种使用回收电池给电动汽车辅助供电的装置及控制方法，解决电动汽车回收电池的利用问题，降低了直流充电桩的运营成本，实现回收电池的使用，节约能源，且可提高回收电池的使用寿命。
本发明的目的是这样实现的：一种电动汽车的辅助供电装置及其控制方法，包括主电路和控制电路，
所述主电路包括光伏变换电路、串联连接的多个回收电池功率电路、母线电容C5；
所述串接后的回收电池功率电路的输出端和光伏变换电路的输出端并联连接，并接后的回收电池功率电路和光伏变换电路的输出端经母线电容C5给直流充电桩供电；
所述控制电路控制母线电容电压维持在600V；
所述直流充电桩可给电动汽车充电。
上述辅助供电装置的控制方法包括以下步骤：
步骤一）检测回收电池的功率：将系统开机，判断母线电容电压是否维持在600V；
步骤二）检测装置的供电或充电状态：若母线电容电压维持在600V，回收电池功率电路和光伏变换电路对直流充电桩供电；串联起来的所有回收电池功率电路不足以维持母线电容电压在600V时，先判断是否有光伏存在，光伏变换电路输入电容电压大于0时，光伏变换电路给回收电池充电，判断回收电池电压是否超过额定电压，若检测到的回收电池电压超过额定电压时，控制电路通过断开保护开关K控制光伏变换电路停止对回收电池的充电，回收电池功率电路对直流充电桩供电；否则，继续给回收电池充电，返回至步骤一中循环执行；当母线电容电压超过600V时，数字信号处理器调整每个回收电池功率电路的输出电压和电感电流，返回步骤一循环执行；
步骤三）人工检测电动汽车充电状态：判断电动汽车是否充电结束，若电动汽车充电结束，关闭系统；若电动汽车充电没有结束，返回步骤一循环执行。
作为本发明的进一步改进，所述多个回收电池功率电路结构相同，单个回收电池功率电路包括第一回收电池VB1、第一电感L1、第一电容C1、第二电容C2、第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2、第三功率开关管Q3以及第四功率开关管Q4；所述第一电容C1的一端接第一回收电池VB1的正极，第一电容C1的另一端接第一回收电池VB1的负极，第一功率开关管Q1的漏极接第一回收电池VB1的正极，第一功率开关管Q1的源极接第二功率开关管Q2的漏极，第二功率开关管Q2的源极接第一回收电池VB1的负极，第三功率开关管Q3的源极接第一回收电池VB1的负极，第三功率开关管Q3的漏极接第四功率开关管Q4的源极，所述第一电感L1的一端接第一功率开关管Q1的源极，第一电感L1的另一端接第四功率开关管Q4的源极，所述第二电容C2的一端接第四功率开关管Q4的漏极，所述第二电容C2的另一端接第一回收电池VB1的负极，所述第四功率开关管Q4的漏极为回收电池功率电路的输出正极，第一回收电池VB1的负极为回收电池功率电路的输出负极；所述母线电容C5的一端接串联的多个回收电池功率电路的输出正极，母线电容C5的另一端接串联的多个回收电池功率电路的输出负极。
作为本发明的进一步改进，所述光伏变换电路包括光伏电池板PV、第三电容C3、第四电容C4、第二电感L2，第五功率MOS开关管Q5、第一二极管VD1以及保护开关K；所述保护开关K、第二电感L2、第一二极管VD1顺序串接在光伏电池板PV的输出正极上，所述第三电容C3的一端接保护开关K与第二电感L2之间的电极点，第三电容C3的另一端接光伏电池板PV的输出负极，第五功率MOS开关管Q5的漏极接第二电感L2与第一二极管VD1之间的电极点，第五功率MOS开关管Q5的源极接光伏电池板PV的输出负极；第四电容C4的一端接第一二极管VD1的输出端，并作为光伏变换电路的输出正极，第四电容C4的另一端接接光伏电池板PV的输出负极，并作为光伏变换电路的输出负极，光伏变换电路的输出正极接多个回收电池功率电路的输出正极，光伏变换电路的输出负极接多个回收电池功率电路的输出负极。
作为本发明的进一步改进，所述数字信号处理器输入端连接有回收电池电压采样电路、回收电池功率电路输出电压采样电路、母线电压采样电路、回收电池功率电路电感电流采样电路、光伏变换电路输入电容电压采样电路和光伏变换电路电感电流采样电路，所述数字信号处理器的输出端连接有第一功率开关管驱动电路、第二功率开关管驱动电路和第三功率开关管驱动电路。
作为本发明的进一步改进，所述回收电池电压采样电路包括第一电阻R1、第二电阻R12、第三电阻R3组成的分压电路和滤波电容C10，滤波电容C10并联在第三电阻R3两端，所述回收电池电压采样电路的输入端A连接在回收电池的正极，所述回收电池电压采样电路的输出端VA-GND连接在数字信号处理器上，所述回收电池功率电路输出电压采样电路、母线电压采样电路和回收电池电压采样电路原理相同。
作为本发明的进一步改进，所述第一功率开关管驱动电路包括驱动芯片IR2101S、输入限流电阻R17、输入限流电阻R18、泵升电容C22、泵升二极管D1以及去耦电容C21，所述数字信号处理器与第一功率管驱动电路的两路信号输入端连接，所述第一功率开关管驱动电路的输出端分别与回收电池功率电路的信号输入端d1、d2连接，所述第二功率开关管驱动电路和第一功率开关管驱动电路相同；所述第三功率开关管驱动电路包括驱动芯片IR2101S、输入限流电阻R21、泵升电容C26和去耦电容C25，所述数字信号处理器与输入限流电阻R21的输入端连接，所述第三功率开关管的信号输出端与光伏变换电路的信号输入端d5连接。
作为本发明的进一步改进，步骤二）中，回收电池功率电路实现对母线电容供电的具体方法为：先对回收电池功率电路输出电压进行采样，与输出电压参考值作差，经过数字信号处理器内的电压控制器进行运算，得出电感电流参考值，再将电感电流参考值与实际回收电池功率电路电感电流作差，经过数字信号处理器内的电流控制器进行运算，得出一个新的PWM占空比，将该占空比输出给回收电池功率电路，控制每个回收电池功率电路的输出电压和电感电流；
光伏变换电路对母线电容供电时，利用扰动观察法可求出光伏电池板PV输出的最大功率点，保持光伏电池板PV输出的最大功率点给母线电容供电。
作为本发明的进一步改进，步骤二）中，光伏变换电路给回收电池功率电路充电的方法为：由所述数字信号处理器中的电流控制器计算产生一个负方向的电流参考值，控制回收电池功率电路中第一电感L1的电流流向，光伏变换电路对回收电池充电。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：将回收电池用于对直流充电桩的辅助供电工作中，实现回收电池的二次利用，光伏变换电路的设计，实现光电的充分利用；本发明的控制方法可实现回收电池的循环使用，提高回收电池的使用寿命；本发明使用回收电池功率电路和光伏变换电路对直流充电桩进行辅助供电，降低直流充电桩的运营成本。
附图说明
图1为本发明中主电路的原理示意图。
图2为本发明控制电路的原理框图。
图3为本发明中回收电池功率电路原理图。
图4为本发明中光伏变换电路原理图。
图5为本发明中回收电池电压采样电路原理图。
图6为本发明中回收电池功率电路输出电压采样电路原理图。
图7为本发明中母线电压采样电路原理图。
图8为本发明中回收电池功率电路电感电流采样电路原理图。
图9为本发明中光伏变换电路输入电容电压采样电路原理图。
图10为本发明中光伏变换电路电感电流采样电路原理图。
图11为本发明中第一功率开关管驱动电路原理图。
图12为本发明中第二功率开关管驱动电路原理图。
图13为本发明中第三功率开关管驱动电路原理图。
图14为本发明中辅助供电装置的使用状态示意图。
图15为本发明的控制流程图。
图16为本发明中回收电池功率电路输出电压与电感电流控制逻辑图。
具体实施方式
如图1~13所示，一种电动汽车的辅助供电装置，包括主电路和控制电路，
主电路包括光伏变换电路、串联连接的多个回收电池功率电路、母线电容C5；
串接后的回收电池功率电路的输出端和光伏变换电路的输出端并联连接，并接后的回收电池功率电路和光伏变换电路的输出端经母线电容C5给直流充电桩供电；
控制电路控制母线电容电压维持在600V；
直流充电桩可给电动汽车充电。
多个回收电池功率电路结构相同，单个回收电池功率电路包括第一回收电池VB1、第一电感L1、第一电容C1、第二电容C2、第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2、第三功率开关管Q3以及第四功率开关管Q4；所述第一电容C1的一端接第一回收电池VB1的正极，第一电容C1的另一端接第一回收电池VB1的负极，第一功率开关管Q1的漏极接第一回收电池VB1的正极，第一功率开关管Q1的源极接第二功率开关管Q2的漏极，第二功率开关管Q2的源极接第一回收电池VB1的负极，第三功率开关管Q3的源极接第一回收电池VB1的负极，第三功率开关管Q3的漏极接第四功率开关管Q4的源极，所述第一电感L1的一端接第一功率开关管Q1的源极，第一电感L1的另一端接第四功率开关管Q4的源极，所述第二电容C2的一端接第四功率开关管Q4的漏极，所述第二电容C2的另一端接第一回收电池VB1的负极，所述第四功率开关管Q4的漏极为回收电池功率电路的输出正极，第一回收电池VB1的负极为回收电池功率电路的输出负极；所述母线电容C5的一端接串联的多个回收电池功率电路的输出正极，母线电容C5的另一端接串联的多个回收电池功率电路的输出负极；其中，图3中的SMi表示第i个回收电池功率电路。
光伏变换电路包括光伏电池板PV、第三电容C3、第四电容C4、第二电感L2，第五功率MOS开关管Q5、第一二极管VD1以及保护开关K；所述保护开关K、第二电感L2、第一二极管VD1顺序串接在光伏电池板PV的输出正极上，所述第三电容C3的一端接保护开关K与第二电感L2之间的电极点，第三电容C3的另一端接光伏电池板PV的输出负极，第五功率MOS开关管Q5的漏极接第二电感L2与第一二极管VD1之间的电极点，第五功率MOS开关管Q5的源极接光伏电池板PV的输出负极；第四电容C4的一端接第一二极管VD1的输出端，并作为光伏变换电路的输出正极，第四电容C4的另一端接接光伏电池板PV的输出负极，并作为光伏变换电路的输出负极，光伏变换电路的输出正极接多个回收电池功率电路的输出正极，光伏变换电路的输出负极接多个回收电池功率电路的输出负极。
数字信号处理器输入端连接有回收电池电压采样电路、回收电池功率电路输出电压采样电路、母线电压采样电路、回收电池功率电路电感电流采样电路、光伏变换电路输入电容电压采样电路和光伏变换电路电感电流采样电路，数字信号处理器的输出端连接有第一功率开关管驱动电路、第二功率开关管驱动电路和第三功率开关管驱动电路。
回收电池电压采样电路包括第一电阻R1、第二电阻R12、第三电阻R3组成的分压电路和滤波电容C10，滤波电容C10并联在第三电阻R3两端，回收电池电压采样电路的输入端A连接在回收电池的正极，回收电池电压采样电路的输出端VA-GND连接在数字信号处理器上，回收电池功率电路输出电压采样电路、母线电压采样电路和回收电池电压采样电路原理相同。
第一功率开关管驱动电路包括驱动芯片IR2101S、输入限流电阻R17、输入限流电阻R18、泵升电容C22、泵升二极管D1和去耦电容C21，数字信号处理器与第一功率管驱动电路的两路信号输入端连接，第一功率开关管驱动电路的输出端分别与回收电池功率电路的信号输入端d1、d2连接，第二功率开关管驱动电路和第一功率开关管驱动电路的原理相同；第三功率开关管驱动电路包括驱动芯片IR2101S、输入限流电阻R21、泵升电容C26和去耦电容C25，数字信号处理器与输入限流电阻R21的输入端连接，第三功率开关管的信号输出端与光伏变换电路的信号输入端d5连接。
下面结合具体实施例对本发明的控制方法作进一步说明。
如图14所示，有n个回收电池功率电路的输出端串接在一起，辅助供电装置接入直流充电桩，直流充电桩给电动汽车充电。
本发明工作时，控制电路检测回收电池的功率是否足够，功率足够，辅助供电装置给直流充电桩辅助供电，功率不足够，辅助供电装置无法给直流充电桩辅助供电，此时，利用光伏变换电路给回收电池充电。
如图15所示，辅助供电装置的控制方法为：
步骤一）检测回收电池的功率：将系统开机，判断母线电容电压是否维持在600V；
步骤二）检测装置的供电或充电状态：若母线电容电压维持在600V，回收电池功率电路和光伏变换电路对直流充电桩供电；串联起来的所有回收电池功率电路不足以维持母线电容电压在600V时，先判断是否有光伏存在，光伏变换电路输入电容电压大于0时，光伏变换电路给回收电池充电，判断回收电池电压是否超过额定电压，若检测到的回收电池电压超过额定电压时，控制电路通过断开保护开关K控制光伏变换电路停止对回收电池的充电，回收电池功率电路对直流充电桩供电；否则，继续给回收电池充电，返回至步骤一中循环执行；当母线电容电压超过600V时，数字信号处理器调整每个回收电池功率电路的输出电压和电感电流，返回步骤一循环执行；
步骤三）人工检测电动汽车充电状态：判断电动汽车是否充电结束，若电动汽车充电结束，关闭系统；若电动汽车充电没有结束，返回步骤一循环执行。
其中，回收电池的功率足够时，控制母线电容电压维持在600V的控制方案如图16所示，V*是回收电池功率电路输出电压的参考值，I*是流过第一电感L1的电感电流参考值，Hv是电压反馈传递函数，Hi是电流反馈传递函数，Cv是电压控制器，Ci是电流控制器，Gid是电流对占空比的传递函数，Gvi是电压对占空比的传递函数，通过对回收电池功率电路输出电压进行采样，与输出电压参考值V*作差，经过数字信号处理器内的电压控制器Cv进行运算，得出电感电流参考值I*，再将电感电流参考值V*与实际回收电池功率电路电感电流作差，经过数字信号处理器内的电流控制器Ci进行运算，得出一个新的PWM占空比，将该占空比输出给回收电池功率电路，控制回收电池功率电路输出电压和电感电流；这个控制系统控制每个回收电池功率电路的输出电压，使母线电容电压维持在600V；光伏变换电路对母线电容供电时，利用扰动观察法求出光伏电池板PV输出的最大功率点，保持光伏电池板PV输出的最大功率点给母线电容供电，母线电容电压给直流充电桩辅助供电。
回收电池的功率不足够时，辅助供电装置无法给直流充电桩供电，此时，光伏变换电路给回收电池功率电路充电，具体的为，由数字信号处理器中的电流控制器计算产生一个负方向的电流参考值，控制回收电池功率电路中第一电感L1的电流流向，从而光伏变换电路对回收电池功率电路的充电。
不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种电动汽车的辅助供电装置，其特征在于，包括主电路和控制电路，
所述主电路包括光伏变换电路、串联连接的多个回收电池功率电路、母线电容C5；
所述串接后的回收电池功率电路的输出端和光伏变换电路的输出端并联连接，并接后的回收电池功率电路和光伏变换电路的输出端经母线电容C5给直流充电桩供电；
所述控制电路控制母线电容电压维持在600V；
所述直流充电桩可给电动汽车充电；
所述多个回收电池功率电路结构相同，单个回收电池功率电路包括第一回收电池VB1、第一电感L1、第一电容C1、第二电容C2、第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2、第三功率开关管Q3以及第四功率开关管Q4；所述第一电容C1的一端接第一回收电池VB1的正极，第一电容C1的另一端接第一回收电池VB1的负极，第一功率开关管Q1的漏极接第一回收电池VB1的正极，第一功率开关管Q1的源极接第二功率开关管Q2的漏极，第二功率开关管Q2的源极接第一回收电池VB1的负极，第三功率开关管Q3的源极接第一回收电池VB1的负极，第三功率开关管Q3的漏极接第四功率开关管Q4的源极，所述第一电感L1的一端接第一功率开关管Q1的源极，第一电感L1的另一端接第四功率开关管Q4的源极，所述第二电容C2的一端接第四功率开关管Q4的漏极，所述第二电容C2的另一端接第一回收电池VB1的负极，所述第四功率开关管Q4的漏极为回收电池功率电路的输出正极，第一回收电池VB1的负极为回收电池功率电路的输出负极；所述母线电容C5的一端接串联的多个回收电池功率电路的输出正极，母线电容C5的另一端接串联的多个回收电池功率电路的输出负极。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车的辅助供电装置，其特征在于，所述光伏变换电路包括光伏电池板PV、第三电容C3、第四电容C4、第二电感L2，第五功率MOS开关管Q5、第一二极管VD1以及保护开关K；所述保护开关K、第二电感L2、第一二极管VD1顺序串接在光伏电池板PV的输出正极上，所述第三电容C3的一端接保护开关K与第二电感L2之间的电极点，第三电容C3的另一端接光伏电池板PV的输出负极，第五功率MOS开关管Q5的漏极接第二电感L2与第一二极管VD1之间的电极点，第五功率MOS开关管Q5的源极接光伏电池板PV的输出负极；第四电容C4的一端接第一二极管VD1的输出端，并作为光伏变换电路的输出正极，第四电容C4的另一端接接光伏电池板PV的输出负极，并作为光伏变换电路的输出负极，光伏变换电路的输出正极接多个回收电池功率电路的输出正极，光伏变换电路的输出负极接多个回收电池功率电路的输出负极。
3.根据权利要求1或2所述的一种电动汽车的辅助供电装置，其特征在于，所述控制电路包括数字信号处理器，数字信号处理器输入端连接有回收电池电压采样电路、回收电池功率电路输出电压采样电路、母线电压采样电路、回收电池功率电路电感电流采样电路、光伏变换电路输入电容电压采样电路和光伏变换电路电感电流采样电路，所述数字信号处理器的输出端连接有第一功率开关管驱动电路、第二功率开关管驱动电路和第三功率开关管驱动电路。
4.根据权利要求3所述的一种电动汽车的辅助供电装置，其特征在于，所述回收电池电压采样电路包括第一电阻R1、第二电阻R12、第三电阻R3组成的分压电路和滤波电容C10，滤波电容C10并联在第三电阻R3两端，所述回收电池电压采样电路的输入端A连接在回收电池的正极，所述回收电池电压采样电路的输出端VA-GND连接在数字信号处理器上，所述回收电池功率电路输出电压采样电路、母线电压采样电路和回收电池电压采样电路原理相同。
5.根据权利要求3所述的一种电动汽车的辅助供电装置，其特征在于，所述回收电池功率电路电感电流采样电路与光伏变换电路中的第一电感L1串接在一起，回收电池功率电路电感电流采样电路包括霍尔传感器TBC25PS3.3和电阻R30，第一电感L1电流通入霍尔传感器TBC25PS3.3的5、6 脚，流出3、4脚，在1脚输出成比例的电压经过电阻R30的分压电路送至数字信号处理器的模数转换端口；所述光伏变换电路电感电流采样电路和回收电池功率电路电感电流采样电路原理相同。
6.根据权利要求3所述的一种电动汽车的辅助供电装置，其特征在于，所述第一功率开关管驱动电路由驱动芯片IR2101S、输入限流电阻R17、输入限流电阻R18、泵升电容C22、泵升二极管D1、去耦电容C21组成，所述数字信号处理器与第一功率管驱动电路的两路信号输入端连接，所述第一功率开关管驱动电路的输出端分别与回收电池功率电路的信号输入端d1、d2连接，所述第二功率开关管驱动电路和第一功率开关管驱动电路相同；所述第三功率开关管驱动电路由驱动芯片IR2101S、输入限流电阻R21、泵升电容C26和去耦电容C25，所述数字信号处理器与输入限流电阻R21的输入端连接，所述第三功率开关管的信号输出端与光伏变换电路的信号输入端d5连接。
7.一种电动汽车的辅助供电装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一）检测回收电池的功率：将系统开机，判断母线电容电压是否维持在600V；
步骤二）检测装置的供电或充电状态：若母线电容电压维持在600V，回收电池功率电路和光伏变换电路对直流充电桩供电；串联起来的所有回收电池功率电路不足以维持母线电容电压在600V时，先判断是否有光伏存在，光伏变换电路输入电容电压大于0时，光伏变换电路给回收电池充电，判断回收电池电压是否超过额定电压，若检测到的回收电池电压超过额定电压时，控制电路通过断开保护开关K控制光伏变换电路停止对回收电池的充电，回收电池功率电路对直流充电桩供电；否则，继续给回收电池充电，返回至步骤一中循环执行；当母线电容电压超过600V时，数字信号处理器调整每个回收电池功率电路的输出电压和电感电流，返回步骤一循环执行；
步骤三）人工检测电动汽车充电状态：判断电动汽车是否充电结束，若电动汽车充电结束，关闭系统；若电动汽车充电没有结束，返回步骤一循环执行。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，步骤二）中，回收电池功率电路实现对母线电容供电的具体方法为：先对回收电池功率电路输出电压进行采样，与输出电压参考值作差，经过数字信号处理器内的电压控制器进行PI（比例积分）运算，得出电感电流参考值，再将电感电流参考值与实际回收电池功率电路电感电流作差，经过数字信号处理器内的电流控制器进行PI运算，得出一个新的PWM占空比，将该占空比输出给回收电池功率电路，控制每个回收电池功率电路的输出电压和电感电流；
光伏变换电路对母线电容供电时，利用扰动观察法可求出光伏电池板PV输出的最大功率点，保持光伏电池板PV输出的最大功率点给母线电容供电。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，步骤二）中，光伏变换电路给回收电池功率电路充电的方法为：由所述数字信号处理器中的电流控制器计算产生一个负方向的电流参考值，控制回收电池功率电路中第一电感L1的电流流向，光伏变换电路对回收电池充电。
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