一种降低新能源电动汽车充电设备电容容值的控制方法技术

本发明专利技术提供一种减少新能源电动汽车充电设备电容容值的控制策略，该策略包括步骤一、根据输入和输出功率以及电容上脉动功率和电压之间的关系得计算电容容值与充电电流的关系表达式；步骤二、给出充电电流和电容脉动峰值的约束条件；步骤三、根据电容容值与充电电流的关系，在充电电流和电容脉动峰值的约束条件下计算电容容值的最小值。本发明专利技术通过改变电池的充电方式来转移电容上的脉动功率，可以显著地减少电容的容值和体积，同时提高新能源电动汽车充电设备的功率密度，同时该策略保证输出端低压负载动态时充电电流恒大于零，有助于提升电池的使用寿命。

A control method for reducing capacitance value of new energy electric vehicle charging equipment

【技术实现步骤摘要】
一种降低新能源电动汽车充电设备电容容值的控制方法
本专利技术涉及新能源电动汽车充电
，具体为一种降低新能源电动汽车充电设备电容容值的控制方法。
技术介绍
随着国家倡导节能减排、绿色出行政策的推行，新能源汽车逐渐在汽车市场中占据越来越多的份额，而电动汽车更是新能源汽车的主力军。用于为电动汽车充电的充电设备，比如快充桩，车载充电机，壁挂充电机等，是电动汽车系统的重要组成部分，一个高功率密度的充电设备是非常重要的，它有助于提高电动汽车整体的性能。现有技术的充电设备，为了保证输入电压和输入电流同相位，内部包含PFC变换器，这导致了输入功率中含有2倍频的脉动分量。通常这部分脉动功率储存在PFC直流侧的电容中，同时因为直流充电模式，需要大容值大体积的电容。例如典型的6.6kW车载充电机需要约2000uF的电容，电容体积约占整个充电机单板10％体积。同时随着半导体技术的快速发展，高频、高密度充电设备成为各个主机厂和零部件追求的重点。随着锂电池技术的发展，愈来愈多的研究表明，如IEEETransactionsonVehicularTechnology<<Theinfluenceofcurrentripplesonthelife-timeoflithium-ionbatteries>>上，脉冲式充电电流对电池的寿命影响很小，充电里程，电压等级，电池温度，充电电流，是影响电池寿命主要因素。因此，减少充电设备电容容值，使用脉冲式充电技术已具备可行性，且在原来的控制基础上，优势是降低自身容值，减少成本前提下，提高充电设备的功率密度，仍不会降低电池的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种降低充电设备电容容值的控制方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。本专利技术提出一种降低充电设备电容容值的控制方法，包括以下的步骤：步骤一、根据输入和输出功率以及电容上脉动功率和电压之间的关系得计算电容容值与充电电流的关系表达式；步骤二、给出充电电流和电容脉动峰值的约束条件；步骤三、根据电容容值与充电电流的关系，在充电电流和电容脉动峰值的约束条件下计算电容容值的最小值。进一步，步骤一中电容容值与充电电流的关系表达式如下：输入和输出的实时功率分别为其中uac和iac分别为输入电压和电流，它们的有效值分别为Vac和Iac，ω为基波频率，ib为电池充电电流，Ib为其平均电流，ibrip为充电电流的脉动分量，Vb为电池的电压直流量，P2为第二路负载所消耗的功率；忽略线路和开关管的损耗，根据功率平衡可以推导出如下表达式其中pcrip(t)为电容上的脉动功率(平均值为零)，uc(t0)是电容电压的初始值，Vdc为电容上电压(uc(t))的平均值，ucrip(t)为其脉动电压，icrip(t)为电容上的电流，C为其容值；通过公式(2)可以计算出电容容值和充电电流之间的关系进一步，步骤二的具体过程包括：电池的充电方式主要分为两种，直流充电和正弦充电；由公式(2)可知，当采用直流的充电方式时，即ibrip＝0；此时，输入的脉动功率全部由电容来吸收，在ucrip(t)峰值受限的情况下，则电容的容值会比较大；因此，需通过改变电池的充电方式来转移电容上的脉动功率，且保证充电电流恒大于零；基于以上分板，得出以下约束条件由公式(2)和(6)可知电容的最小容值只跟pcrip(t)小于零时的波形有关；但是，当pcrip(t)大于零时，其必须满足公式(7)的条件，还有半个基波周期内其平均为零且波形是对称的；也就是说pcrip(t)大于零时，只要满足上述要求，其波形没有其他任何限制。进一步，步骤三中，在充电机的工作过程中，通过控制使充电电流的波形来跟踪参考信号，从而实现调节电池所吸收功率的目的，也间接地调节电容上的脉动功率pcrip(t)；pcrip(t)的波形直接决定了电容的容值；充电电流的参考信号间接决定了电容的容值和体积；pcrip(t)的波形是通过调节充电电流来实现的；当pcrip(t)>0时，其波形在约束条件满足公式(7)，还有半个基波周期内其平均为零且波形是对称的条件下，可以自由设定；因此，充电策略也是在相对应的约束条件使得pcrip(t)满足其约束条件下，可以自由设定。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的降低新能源电动汽车充电设备电容容值的控制方法，通过改变电池的充电方式来转移电容上的脉动功率，可以显著地减少电容的容值和体积，同时提高充电设备的功率密度。附图说明图1(a)、(b)为本专利技术的一种降低充电设备电容容量的控制方法流程图；图2(a)、(b)和(c)为本专利技术的车载充电机的结构框图；图3为充电机的输入功率、输出功率的波形图；图4为PFC直流侧电容上电压的波形；图5为车载充电机结构框图及控制策略；图6为plim(t)的波形图；图7为pcrip(t)的一种示例波形图；图8为ib(t)的一种示例波形图；图9为充电电流的参考信号框图；图10为参考信号的波形图；图11为充电电流的波形图；图12为流过电容的电流波形图；图13为根据公式(14)导出pcrip(t)的一种示例波形图；图14为一个基波周期内充电电流ib(t)的波形图；图15为一种降低车载充电机电容的控制策略框图；图16为第二路输出负载突变时充电电流的参考信号ibref(t)的波形图；图17为第二路输出负载突变时充电电流ib(t)的波形图；图18为根据公式(16)导出pcrip(t)的一种示例波形图；图19为根据公式(17)导出pcrip(t)的一种示例波形图；图20为根据公式(25)导出pcrip(t)的一种示例波形图；图21为根据公式(23)对应的ibrip(t)的波形图；图22为根据公式(24)对应的ibrip(t)的波形图；图23为根据公式(26)对应的ibrip(t)的波形图；图24为根据公式(20)对应的ib(t)的波形图；图25为根据公式(21)对应的ib(t)的波形图；图26为根据公式(27)对应的ib(t)的波形图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1给出了减少电容容值和体积的控制策略，包括如下步骤：用方程组来描述输入和输出功率以及电容上脉动功率和电压之间的关系；根据方程组得出电容容值与充电电流的表达式；给出充电电流和电容脉动峰值的约束条件；基于提出的充电策略得出电容容值的最小值；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低新能源电动汽车充电设备电容容值的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一、根据输入和输出功率以及电容上脉动功率和电压之间的关系得计算电容容值与充电电流的关系表达式；/n步骤二、给出充电电流和电容脉动峰值的约束条件；/n步骤三、根据电容容值与充电电流的关系，在充电电流和电容脉动峰值的约束条件下计算电容容值的最小值。/n

【技术特征摘要】
1.一种降低新能源电动汽车充电设备电容容值的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、根据输入和输出功率以及电容上脉动功率和电压之间的关系得计算电容容值与充电电流的关系表达式；
步骤二、给出充电电流和电容脉动峰值的约束条件；
步骤三、根据电容容值与充电电流的关系，在充电电流和电容脉动峰值的约束条件下计算电容容值的最小值。


2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤一中电容容值与充电电流的关系表达式如下：
输入和输出的实时功率分别为



其中uac和iac分别为输入电压和电流，它们的有效值分别为Vac和Iac，ω为基波频率，ib为电池充电电流，Ib为其平均电流，ibrip为充电电流的脉动分量，Vb为电池的电压直流量，P2为第二路负载所消耗的功率；忽略线路和开关管的损耗，根据功率平衡可以推导出如下表达式



其中pcrip(t)为电容上的脉动功率(平均值为零)，uc(t0)是电容电压的初始值，Vdc为电容上电压(uc(t))的平均值，ucrip(t)为其脉动电压，icrip(t)为电容上的电流，C为其容值；
计算得出电容容值和充电电流之间的关系





3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，步骤二包括：
电池的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘钧，冯颖盈，姚顺，徐金柱，胡飞，
申请(专利权)人：深圳威迈斯新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44