CN109690929A - 用于控制电气或混合车辆上车载的充电设备的三相整流器的方法 - Google Patents

用于控制电气或混合车辆上车载的充电设备的三相整流器的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109690929A
CN109690929A CN201780055568.5A CN201780055568A CN109690929A CN 109690929 A CN109690929 A CN 109690929A CN 201780055568 A CN201780055568 A CN 201780055568A CN 109690929 A CN109690929 A CN 109690929A
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase
rectifier
control
circuit
switch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201780055568.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109690929B (zh
Inventor
B·克维斯卡
A·马卢姆
L·梅里耶纳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renault SAS
Original Assignee
Renault SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renault SAS filed Critical Renault SAS
Publication of CN109690929A publication Critical patent/CN109690929A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109690929B publication Critical patent/CN109690929B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • H02M1/4216—Arrangements for improving power factor of AC input operating from a three-phase input voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • B60L53/24—Using the vehicle's propulsion converter for charging
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • H02M1/4233—Arrangements for improving power factor of AC input using a bridge converter comprising active switches
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M7/219—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/30—AC to DC converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91—Electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/92—Hybrid vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/92—Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于控制电气或混合机动车辆上车载的电池充电设备的功率因数校正电路的方法，该电池充电设备属于能够连接至三相供电网络(4)的类型、并且包括包含所述校正电路和DC/DC转换器的隔离AC/DC转换器，所述校正电路是包括三个开关臂(S1，S2，S3)的三相维也纳式整流器(110)，每个开关臂能够经由串联电感器(L1，L2，L3)连接至该网络的对应相之一，所述方法包括通过针对该整流器的输入端处的相之间的电流中的每一个施加控制回路来自动控制该整流器的输入端处的市电电流，该控制回路具有控制变量和设定点，所述控制变量是施加于该整流器的相应开关臂的相之间的占空比偏差。

Description

用于控制电气或混合车辆上车载的充电设备的三相整流器的 方法
本发明涉及一种用于控制包括隔离AC/DC(交流/直流)转换器的三相输入充电设备的三相整流器的方法。这种充电设备尤其适于用作电气或混合机动车辆上车载的设备。
这些车辆配备有高压电池，并且通常包括车载充电器，即，直接安装在车辆上的电池充电设备。这些充电设备的主要功能是从电力电网可获得的电力对电池进行再充电。因此，其将交流电转换为直流电。针对充电设备，并且更具体地针对车载充电器的期望标准是高效、紧凑、电隔离、可靠性良好、操作安全、电磁干扰发射较低、并且输入电流谐波含量较低。
这涉及三相输入充电设备的类别，这些三相输入充电设备具有与单相输入充电设备相比较更高的充电功率。图1示出了电气或混合车辆上车载的用于从三相供电网络30对该车辆的高压电池20进行再充电的隔离充电设备10的已知布局，该车载充电设备10借助于该网络的线路阻抗40连接至三相供电网络。
为了实施具有电隔离的AC/DC转换功能，已知充电设备10的使用包括：包括功率因数校正(power factor correction，PFC)电路11以限制输入电流谐波的第一AC/DC转换器、以及用于控制电荷并且还用于为操作安全提供隔离功能的第二DC/DC(直流/直流)转换器12。输入滤波器13常规地集成在车载充电设备10的输入端处，PFC电路11相对于三相供电网络30的上游。
PFC电路11由集成控制器(未示出)管理，该集成控制器分析并执行对电流相对于电压的比率的实时校正。其借助于与电压的整流正弦波进行比较从中推导出形状误差，并且其通过控制借助于高频分裂的电量和电感器中的电力储存来校正这些形状误差。更具体地，其目的是在充电器的电源的输入端处获得非异相的且尽可能是正弦的电流。
针对PFC电路，可能实施具有三个开关的三电平三相整流器，通常被称为三相维也纳式(Vienna)整流器。选择此布局实际上相对于功率因数校正的性能水平尤其有利。
专利文献CN 104811061在图1中公开了这种三相PFC整流器的模型，其中，三相交流输入电压的每个相都通过对应的电感器L1、L2、L3分别连接至设有功率开关的整流器的开关臂S1、S2、S3，这些功率开关各自被布置在对应电感器与中心点M之间，该中心点在该整流器的两个输出电压之间，这两个输出电压分别与连接在该中心点与正供电线路之间的第一输出电容器C1上的电压以及连接在该中心点与负供电线路之间的第二输出电容器C2上的电压相对应。
通常，为了控制这种整流器，测量每个开关的输入端处的电压和电流以及整流器的输出端处的电压和电流，并且使用控制回路来控制这些开关的平均导通时间。在文献CN104811061中，目的不是根据前述目标来控制市电电流，而是使用PFC来控制输出电容器上的电压以递送恒定电压。具体地，通过全波控制功率开关来稳定这些电压。此控制的优点在于反应性；然而，由于其生成的谐波，其不一定与能量分配器(谐波含量，CEM)规定的质量约束兼容。
本发明的目的是克服此限制。
根据本发明，此目的通过一种用于控制对电气或混合机动车辆上车载的电池进行充电的设备的功率因数校正电路的方法来实现，所述充电设备能够连接至三相供电网络以对该电池进行充电，并且包括包含所述功率因数校正电路和DC/DC转换器的隔离AC/DC转换器，所述功率因数校正电路是包括三个开关臂的三相维也纳式整流器，每个开关臂能够借助于串联电感器连接至该三相供电网络的对应相之一，所述方法包括自动控制该三相维也纳式整流器的输入端处的市电电流，所述自动控制的特征在于其包括针对该三相维也纳式整流器的输入端处的相之间的电流中的每一个施加控制回路，该控制回路具有控制变量和设定点，所述控制变量是施加于该三相维也纳式整流器的相应开关臂的相之间的占空比偏差。
有利地，实施以下步骤：
-获取该三相维也纳式整流器的输入端处的相之间的电压和电流的测量结果；
-确定动态控制律，所述控制律结合对相之间的电流的该测量结果与该设定点之间的偏差的比例动作和积分动作，将该设定点与相之间的电压的该测量结果的时间变化看作是相之间的电流的该控制回路中的干扰；以及
-根据所述已确定控制律来计算相之间的该占空比偏差。
有利地，每个开关臂包括由当相应输入电流为正时被控制的第一开关和当该相应输入电流为负时被控制的第二开关形成的一对串联开关。
还提出了一种用于控制对电气或混合机动车辆上车载的电池进行充电的设备的功率因数校正电路的设备，所述充电设备能够连接至三相供电网络以对该电池进行充电，并且包括包含所述功率因数校正电路和DC/DC转换器的隔离AC/DC转换器，所述功率因数校正电路是包括三个开关臂的三相维也纳式整流器，每个开关臂能够借助于串联电感器连接至该三相供电网络的对应相之一，所述设备包括被安排用于执行如上文所描述的方法的步骤的处理装置。这些处理装置可以包括例如处理器，例如，微处理器、微控制器或者其他设备。
本发明进一步涉及一种电气或混合机动车辆，该车辆包括高压电池以及能够从三相供电网络对该电池进行充电的车载充电设备，所述充电设备包括包含功率因数校正电路和DC/DC转换器的隔离AC/DC转换器，所述功率因数校正电路是包括三个开关臂的三相维也纳式整流器，每个开关臂能够借助于串联电感器连接至该三相供电网络的对应相之一，所述车辆包括如上文所描述的控制设备。
通过阅读借助于非限制性示例并参考附图所提供的本发明的具体实施例的以下说明，本发明的进一步特征和优点将会变得清楚，在附图中：
-图1示意性地示出了旨在车载地放置在电气或混合机动车辆上的电池充电设备的已知布局；
-图2示意性地示出了集成在图1的没有输出滤波器的充电设备中的三相维也纳式整流器的结构。
因此，图2示出了在用于充电设备的功率因数校正的这种情况下使用的三相维也纳式整流器的结构。三相维也纳式整流器110包括三个并联输入连接，这些输入连接各自借助于串联电感器L1、L2、L3耦合至三相供电网络4的相A、B、C并且各自连接至形成三相维也纳式整流器的开关臂的一对开关S1、S2、S3。
每一对开关S1、S2、S3包括由当相应输入电流Ia、Ib、Ic为正时被控制的第一相应开关1H、2H、3H和当该相应输入电流为负时被控制的第二相应开关1L、2L、3L形成的串联组件。这些开关由闭合和断开受控的半导体部件形成，比如例如，与二极管反向并联连接的MOS(金属氧化物半导体)晶体管。开关1H也被称为高压开关，并且开关1L被称为低压开关。
三相维也纳式整流器还包括三个并联支路1、2和3，每个支路都包括两个二极管D1和D2、D3和D4以及D5和D6，这些二极管形成了六二极管三相桥，从而允许对从三相供电网络4取得的电流和电压进行整流。三相维也纳式整流器的每个输入端通过对应的并联输入连接而连接至位于同一支路1、2和3的两个二极管之间的连接点。
支路1、2和3的两个公共端分别形成三相维也纳式整流器的正输出端子5和负输出端子6，这些端子旨在耦合至DC/DC设备。
每个相的开关臂S1、S2和S3也各自分别连接在位于第一支路1、第二支路2和第三支路3的两个二极管之间的连接点与三相维也纳式整流器的输出电压VDC_高和VDC_低的中心点M之间，这些输出电压分别与三相整流器的正输出端子5与中心点M之间的输出电容器C1上的电压、以及中心点M与三相整流器的负输出端子6之间的输出电容器C2上的电压相对应。
应注意的是，根据图1中示出的整体布局，输出电容器C1、C2上的电压由连接在三相维也纳式整流器的输出端处的充电设备的DC/DC转换器独立自动地控制。换言之，三相维也纳式整流器的输出电压由DC/DC转换器来控制。
插在充电器电源的输入端处的三相维也纳式整流器承担针对市电电流对充电器控制器进行功率因数校正的角色。这个角色使得可以防止由充电器产生的任何干扰电流(谐波)循环穿过位于维也纳式整流器上游的网络的阻抗。
借助于具有可变占空比的三个PWM(脉宽调制)控制信号来控制每个相的开关臂S1、S2和S3，这些占空比由例如(未示出)微控制器类型的处理装置单独地控制。因此，处理装置适于确定信号的占空比以控制对整流器的开关臂的开关进行切换，自动控制整流器的输入端处的正弦电流需要这些处理装置。
将初始地利用确定三相维也纳式整流器的控制的视图来完成系统的模型。
令Va、Vb和Vc为三相维也纳式整流器的输入端处、相之间且为中性的单个电压，并且令L为分别串联连接在点A、点B和点C与整流器的开关臂之间的电感器L1、L2和L3的值。假定从输入端处的地到穿过中心点M的地的电压回路，可以将注入到相A中的相电流Ia建模如下：
如果Ia>0：
则，
其中，αH是向在相应电流Ia为正时被控制的高压开关1H施加的控制电压的占空比。注意的是，这涉及平均模型。因此，如果αH＝1，则电感器L1的输出端与中心点M之间的电压为零。如果αH＝0，则此电压等于VDC_高。针对中间值αH，将存在中间电压。
如果Ia<0：
则，
其中，αL是向在相应电流为负时被控制的低压开关1L施加的控制电压的占空比。与之前所解释的相同逻辑在相电流Ia为负时可适用。
假定以下所施加变量的变化：
如果Ia>0：
αa＝αH-1；
VDC＝VDC_高；
如果Ia<0：
αa＝1-αL；
VDC＝VDC_低。
因此，针对任何相电流Ia，可以如下表达：
在由DC/DC转换器设备控制电压Vdc_高和Vdc_低的情况下，可以认为这些电压相等。在这种情况下，可以施加相同的程序，并且针对3个相可以仅考虑一个变量VDC。
通过如上文那样向其他两个相电流Ib和Ic施加相同的程序，获得以下方程：
基于这些方程(1)、(2)和(3)通过执行对应的计算(1)-(2)、(2)-(3)和(3)-(1)，获得以下方程组，从而提供三相维也纳式整流器的输入端处的相之间的电流的时间变化：
其中，Iab是相A与相B之间的差分电流，Ibc是相B与相C之间的差分电流，并且Ica是相C与相A之间的差分电流，VAB是相A与相B之间的电压，VBC是相B与相C之间的电压，并且VCA是相C与相A之间的电压。
这后三个方程形成了被实施用于控制三相维也纳式整流器的输入端处的电流的模型的基础。应注意的是，其涉及将三个控制回路施加于差分电流，或者施加在三相维也纳式整流器的输入端处的相之间的电流上，该控制的控制变量则为差分占空比、或者为施加在三相维也纳式整流器的与相中的每一个相相对应的开关臂上的所述相之间的占空比偏差。
此外，此控制模式允许为了施加占空比而提供一定的自由度。实际上，在目的是在三相整流器的每个开关臂之间施加占空比差的情况下，可以在控制背景下使用各种策略。举例来说，假定在控制的输出端处控制αab＝0.5(其中，αab是施加到三相维也纳式整流器的与相A和相B相对应的开关臂的占空比差)，此差分占空比可以通过将与相A相关联的开关臂的占空比αa定义为等于0.6并且将与相B相关联的开关臂的占空比αb定义为等于0.1、或者甚至将占空比αa定义为等于0.7且占空比αb定义为等于0.2来获得。
针对控制提出的控制律如下：
假定由以下类型的状态方程描述的通用动态系统如下：
其中，x为状态向量，u为控制，A为系统的演化矩阵，B为控制的施加矩阵，并且f为干扰。
提出了以下控制，从而使得可以配置PID控制函数：
控制中涉及矩阵A和B，因此假定这些矩阵是已知的。例如，这些矩阵源自之前开发的系统的模型。
直接使用由恒定时刻处的相之间的电流所假定的值定义的状态向量x。该状态向量优选地源自测量结果。观测员可以通过变化的方式来重构该状态向量。此外，在使用干扰f的情况下，该干扰必须能够被测量。在要自动控制的系统中，从自动角度来看，主要的干扰是相之间的电压，因此，测量该电压。
此外并且传统地，控制包括对设定点与当前状态之间的偏差的比例动作和积分动作。然而，对要自动控制的系统的控制的漂移项不是如传统情况那样基于设定点与状态之间的偏差的漂移，而是基于设定点本身的漂移。换言之，控制将设定点的时间变化考虑在内，而不是系统的状态与设定点的偏差的时间变化。实际上，所提供的设定点是软件生成的值，并且因此是无噪声的，从而使得其漂移也是无噪声的。因此，设定点的此漂移项不是传统的PID控制的漂移项，而仅仅是用于向系统提供用于跟踪设定点的相位超前的项。
当表达控制的上述方程与类型为的状态方程相结合时，获得以下方程。
假定设定点与系统的状态向量之间的偏差e表示为e＝xreq-x，如果允许以上方程的两侧进行漂移，则获得以下方程：
换言之，用于控制的控制律被概括为关于偏差的二阶微分方程，其中：
Kp＝2ξω；并且
Ki＝ω2。
因此，当针对偏差定义期望的动态时，对控制的调整可以很容易发生。
上文提出的控制律现在被应用于由方程(4)、(5)和(6)限定的系统，该方程根据差分占空比来管理三相维也纳式整流器的输入端处的相之间的差分电流的时间变化。
在控制律的通用公式中：
方程(4)具有以下参数：
x＝Iab
u＝(αa-αb)
A＝0
因此，控制将采用以下形式：
从方程(5)和方程(6)开始，分别在相B与相C之间以及相C与相A之间的差分电流上的回路将具有恰好相同的结构。

Claims (5)

1.一种用于控制用于对电气或混合机动车辆上车载的电池(20)进行充电的设备(10)的功率因数校正电路(11)的方法，所述充电设备能够连接至三相供电网络(4)以对该电池(20)进行充电，并且包括包含所述功率因数校正电路(11)和DC/DC转换器(12)的隔离AC/DC转换器，所述功率因数校正电路是包括三个开关臂(S1，S2，S3)的三相维也纳式整流器(110)，每个开关臂能够借助于串联电感器(L1，L2，L3)连接至该三相供电网络(4)的对应相(A，B，C)之一，所述方法包括自动控制该三相维也纳式整流器的输入端处的市电电流，该自动控制的特征在于其包括针对该三相维也纳式整流器的输入端处的相之间的电流中的每一个施加控制回路，该控制回路具有控制变量和设定点，所述控制变量是施加于该三相维也纳式整流器的相应开关臂的相之间的占空比偏差。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，实施以下步骤：
-获取该三相维也纳式整流器的输入端处的相之间的电压和电流的测量结果；
-确定动态控制律，所述控制律结合对相之间的电流的该测量结果与该设定点之间的偏差的比例动作和积分动作，将该设定点与相之间的电压的该测量结果的时间变化看作是相之间的电流的该控制回路中的干扰；以及
-根据所述已确定控制律来计算相之间的该占空比偏差。
3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，每个开关臂(S1，S2，S3)包括由当相应输入电流为正时被控制的第一开关(1H，2H，3H)和当该相应输入电流为负时被控制的第二开关(1L，2L，3L)形成的一对串联开关。
4.一种用于控制用于对电气或混合机动车辆上车载的电池(20)进行充电的设备(10)的功率因数校正电路(11)的设备，所述充电设备能够连接至三相供电网络(4)以对该电池进行充电，并且包括包含所述功率因数校正电路(11)和DC/DC转换器(12)的隔离AC/DC转换器，所述功率因数校正电路(11)是包括三个开关臂(S1，S2，S3)的三相维也纳式整流器，每个开关臂能够借助于串联电感器(L1，L2，L3)连接至该三相供电网络(4)的对应相(A，B，C)之一，所述控制设备包括被安排用于执行如权利要求1至3中任一项所述的方法的步骤的处理装置。
5.一种电气或混合机动车辆，包括高压电池以及能够从三相供电网络对该电池进行充电的车载充电设备，所述充电设备包括包含功率因数校正电路(11)和DC/DC转换器(12)的隔离AC/DC转换器，所述功率因数校正电路(11)是包括三个开关臂(S1，S2，S3)的三相维也纳式整流器，每个开关臂能够借助于串联电感器(L1，L2，L3)连接至该三相供电网络(4)的对应相(A，B，C)之一，所述车辆包括如权利要求4所述的控制设备。
CN201780055568.5A 2016-09-27 2017-09-22 功率因数校正电路的控制方法、控制设备和车辆 Active CN109690929B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1659116A FR3056852B1 (fr) 2016-09-27 2016-09-27 Procede de commande d'un redresseur triphase pour un dispositif de charge embarque sur un vehicule electrique ou hybride
FR1659116 2016-09-27
PCT/FR2017/052544 WO2018060572A1 (fr) 2016-09-27 2017-09-22 Procede de commande d'un redresseur triphase pour un dispositif de charge embarque sur un vehicule electrique ou hybride

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109690929A true CN109690929A (zh) 2019-04-26
CN109690929B CN109690929B (zh) 2021-07-23

Family

ID=57860980

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780055568.5A Active CN109690929B (zh) 2016-09-27 2017-09-22 功率因数校正电路的控制方法、控制设备和车辆

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP3520210B1 (zh)
JP (1) JP6999651B2 (zh)
KR (1) KR102180900B1 (zh)
CN (1) CN109690929B (zh)
FR (1) FR3056852B1 (zh)
WO (1) WO2018060572A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112622658A (zh) * 2019-10-08 2021-04-09 现代自动车株式会社 用于电动车辆的电池充电器

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114384795B (zh) * 2021-12-21 2022-10-25 卓品智能科技无锡股份有限公司 一种比例电磁阀电流震颤控制方法
CN116208007B (zh) * 2022-11-17 2023-11-07 深圳市迪威电气有限公司 一种无输入储能电感的三相隔离型变换器及其控制方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2294165A (en) * 1994-10-11 1996-04-17 Lumonics Ltd Power supply for providing a dc supply from a multiphase ac source
US20030128563A1 (en) * 1999-12-22 2003-07-10 Rojas Romero Manuel Roberto Method and control circuitry for a three-phase three-level boost-type rectifier
CN103715921A (zh) * 2013-12-19 2014-04-09 浙江大学 用于vienna整流器的限流控制方法
CN104578816A (zh) * 2014-12-23 2015-04-29 西安交通大学 一种带有飞跨电容辅助桥臂的钳位型五电平背靠背变流器
CN104682716A (zh) * 2013-11-26 2015-06-03 现代自动车株式会社 两相交错转换器及其控制方法
CN104811061A (zh) * 2015-04-30 2015-07-29 安徽动力源科技有限公司 新型三相pfc整流器

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000295853A (ja) * 1999-04-02 2000-10-20 Daikin Ind Ltd マルチレベルコンバータ
JP4051875B2 (ja) * 2000-10-31 2008-02-27 富士電機ホールディングス株式会社 整流回路及びその制御方法
JP2008092640A (ja) * 2006-09-29 2008-04-17 Sanken Electric Co Ltd ３相整流装置
JP2009089555A (ja) * 2007-10-02 2009-04-23 Fuji Electric Holdings Co Ltd 交流直流変換装置
CN202019221U (zh) * 2011-04-18 2011-10-26 成都秦川科技发展有限公司 电动汽车pwm整流及变压变流脉冲充电系统
US9263968B2 (en) * 2011-06-22 2016-02-16 Eetrex, Inc. Bidirectional inverter-charger
KR101610469B1 (ko) * 2014-05-15 2016-04-07 현대자동차주식회사 다상 인터리브 컨버터 및 이의 제어 방법
CN205407374U (zh) * 2016-03-07 2016-07-27 武汉中楚珞珈科技有限公司 一种用于电动汽车充电桩的高效直流充电模块
KR101936462B1 (ko) * 2016-08-12 2019-01-08 현대자동차주식회사 전기 자동차용 배터리 충전 장치

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2294165A (en) * 1994-10-11 1996-04-17 Lumonics Ltd Power supply for providing a dc supply from a multiphase ac source
US20030128563A1 (en) * 1999-12-22 2003-07-10 Rojas Romero Manuel Roberto Method and control circuitry for a three-phase three-level boost-type rectifier
CN104682716A (zh) * 2013-11-26 2015-06-03 现代自动车株式会社 两相交错转换器及其控制方法
CN103715921A (zh) * 2013-12-19 2014-04-09 浙江大学 用于vienna整流器的限流控制方法
CN104578816A (zh) * 2014-12-23 2015-04-29 西安交通大学 一种带有飞跨电容辅助桥臂的钳位型五电平背靠背变流器
CN104811061A (zh) * 2015-04-30 2015-07-29 安徽动力源科技有限公司 新型三相pfc整流器

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HANI VAHEDI等: "Single-Phase Single-Switch Vienna Rectifier as Electric Vehicle PFC Battery Charger", 《2015 IEEE VEHICLE POWER AND PROPULSION CONFERENCE (VPPC)》 *
WANG HAOYU等: "Transportation Electrification: Conductive charging of electrified vehicles", 《IEEE ELECTRIFICATION》 *
WEI-ZHANG SONG等: "A Hybrid Control Method to Suppress the Three-Time Fundamental Frequency Neutral-Point Voltage Fluctuation in a VIENNA Rectifier", 《IEEE JOURNAL OF EMERGING AND SELECTED TOPICS IN POWER ELECTRONICS》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112622658A (zh) * 2019-10-08 2021-04-09 现代自动车株式会社 用于电动车辆的电池充电器

Also Published As

Publication number Publication date
CN109690929B (zh) 2021-07-23
WO2018060572A1 (fr) 2018-04-05
KR102180900B1 (ko) 2020-11-20
FR3056852B1 (fr) 2018-09-28
KR20190040326A (ko) 2019-04-17
FR3056852A1 (fr) 2018-03-30
JP2019530396A (ja) 2019-10-17
EP3520210B1 (fr) 2020-08-05
JP6999651B2 (ja) 2022-01-18
EP3520210A1 (fr) 2019-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9584047B2 (en) Bidirectional power converter having a charger and export modes of operation
CN105453380B (zh) 用于电网到车辆的电池充电的装置和方法
US9531300B2 (en) Single phase cycloconverter with integrated line-cycle energy storage
JP7145881B2 (ja) 三相Ｖｉｅｎｎａ整流器を制御するための方法
WO2015055682A1 (en) Voltage source converter
EP3874588B1 (en) Electrical power converter
CN108174622A (zh) 模块化多电平变换器谐波注入系统和方法
Zhang et al. Control strategy of MMC battery energy storage system under asymmetrical grid voltage condition
Chaurasiya et al. A 50kW bidirectional fast EV charger with G2V & V2G/V2V capability and wide voltage range
CN110199463B (zh) 用于控制电动或混合车辆上车载的充电设备的三相整流器的方法
CN109690929A (zh) 用于控制电气或混合车辆上车载的充电设备的三相整流器的方法
Jauch et al. Novel isolated cascaded half-bridge converter for battery energy storage systems
Mohamed et al. Harmonics-based steady-state mathematical model of bidirectional inductive wireless power transfer system in V2G applications
Jeong et al. Controller design for a quick charger system suitable for electric vehicles
CN110326204B (zh) 用于控制电动或混合车辆上车载的充电设备的三相整流器的方法
Bezerra et al. Proposal Of A Control Algorithm Applied To A Threephase, Four Wire, AC-DC Converter For EV And UPS Applications
Monteiro et al. A Model Predictive Controller for a Buck-Boost Rectifier of an Electric Vehicle Integrated Battery Charger with a Dual-Inverter Drive
Jena et al. Mix energy source unified loop based dual active bridge for electric vehicle
Patel et al. A novel control method for UPS battery charging using Active Front End (AFE) PWM rectifier
Pouresmaeil et al. Multifunctional control of an NPC converter for the grid integration of renewable energy sources
Bezerra et al. Control strategy for multifunctional, three-phase, four wire, AC-DC boost converter
JP7370345B2 (ja) Ｖｉｅｎｎａ整流器を制御するための方法
Aiswarya et al. A Multilevel Power Factor Correction Rectifier for Charging of Electric Vehicle
Misra Decoupled Vector Control of Grid Side Converter with Less Number of Sensors under imbalanced Grid Conditions
Monteiro et al. Comprehensive analysis and cost estimation of five-level bidirectional converters for electric vehicles operation in smart cities context

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant