[發(fā)明專利]基于DSP的電動(dòng)汽車直流充電電源系統(tǒng)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210309277.3
• 申請(qǐng)日: 2012-08-28
• 公開（公告）號(hào): CN102832830A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳開源;章濤;李華佳;趙卓立;蘭艷林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M7/04
• 分類號(hào): H02M7/04;H02M3/335;G05B19/042
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 楊曉松

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電動(dòng)汽車充電技術(shù)，特別涉及一種基于DSP的電動(dòng)汽車直流充電電源系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，“零排放、零污染”的電動(dòng)汽車受到世界各國廣泛重視，適用于電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池取得了飛速發(fā)展，因此，對(duì)電動(dòng)汽車專用充電電源也提出了更高的要求。目前，電動(dòng)汽車充電電源主要通過（脈沖寬度調(diào)制（Pulse?Width?Modulation，簡(jiǎn)稱PWM）開關(guān)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)電流電壓控制，電動(dòng)汽車的材料、結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)及控制等技術(shù)已經(jīng)取得了很大的發(fā)展，但是電池能量存儲(chǔ)技術(shù)、快速充電技術(shù)制約著電動(dòng)汽車發(fā)展和普及，因此，研發(fā)高性能電池和適用于電動(dòng)汽車專用充電電源系統(tǒng)，解決車載電池快速、安全充電勢(shì)在必行。隨著數(shù)字信號(hào)處理器（Digital?Signal?Processor，簡(jiǎn)稱DSP）控制技術(shù)的日益完善，運(yùn)用DSP數(shù)字化控制技術(shù)對(duì)電動(dòng)汽車充電電源進(jìn)行數(shù)字化控制研究，開發(fā)出電動(dòng)汽車專用充電設(shè)備，對(duì)電動(dòng)汽車的發(fā)展和普及具有十分重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)價(jià)值。美國、日本、法國和德國等國在充電技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)取得飛速發(fā)展。在一些西方國家，電動(dòng)汽車已經(jīng)普及，電動(dòng)汽車充電技術(shù)已經(jīng)比較成熟，汽車充電站遍布城市，但是充電技術(shù)還有許多技術(shù)難題有待解決。上世紀(jì)50年代，美國就已經(jīng)研制了6～24V鉛酸蓄電池金屬整流器型充電機(jī)。除此之外，英國聯(lián)營公司研發(fā)了總能量充電控制技術(shù)，有效地解決了采用磨擦式充電系統(tǒng)和電暈式充電系統(tǒng)所帶來的種種問題，最大程度上減少了粉粒充電時(shí)所需的能量，為電動(dòng)汽車充電技術(shù)向前發(fā)展邁出了重大一步。除此之外，國外許多大公司利用計(jì)算機(jī)控制、人工智能等先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，已經(jīng)成功研發(fā)了功能齊全、易于控制的大型智能充電設(shè)備，并設(shè)有充電保護(hù)和故障報(bào)警功能，具有很好的安全性和實(shí)用性。我國在“十五”規(guī)劃中已經(jīng)把對(duì)電動(dòng)車的研究列為國家高科技攻關(guān)項(xiàng)目和國家“863”科技攻關(guān)項(xiàng)目。經(jīng)過幾十年的研究，電動(dòng)汽車制造技術(shù)己經(jīng)趨于成熟，但在提高動(dòng)力電池性能和突破充電技術(shù)瓶頸之前，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車的普及還需要相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間。盡管充電機(jī)系統(tǒng)控制技術(shù)取得了一定的成就，但距離滿足電動(dòng)車市場(chǎng)化的充電要求還有很長(zhǎng)的一段路要走。

目前電動(dòng)汽車充電電源，主要是采用高頻電力電子開關(guān)取代可控硅，提高開關(guān)速度和充電效率，減小變壓器和濾波器的體積，節(jié)省原材料。但隨著開關(guān)頻率的提高及開關(guān)周期的縮短，在傳統(tǒng)PWM控制方式下開關(guān)器件工作在硬開關(guān)狀態(tài)，每次開關(guān)管同步導(dǎo)通留下的死區(qū)時(shí)間產(chǎn)生的電流和電壓疊加損耗，開關(guān)損耗的存在限制了變換器功率密度的提高，嚴(yán)重抑制了開關(guān)頻率的提高，給快速穩(wěn)定充電、保證電動(dòng)汽車的電能驅(qū)動(dòng)力造成極大的障礙，限制了變換器的小型化和輕量化。同時(shí)，開關(guān)管工作在硬開關(guān)狀態(tài)時(shí)，功率器件所受的開關(guān)應(yīng)力大，還會(huì)引起很高的di/dt和du/dt，從而產(chǎn)生大的電磁干擾，帶來電磁環(huán)境污染，現(xiàn)有的電動(dòng)汽車充電技術(shù)主要具有以下的缺陷：

（1）用于中、大功率充電時(shí)，性能差、充電系統(tǒng)不穩(wěn)定，輸出功率小，充電效率低。

（2）響應(yīng)速度慢，易產(chǎn)生電磁環(huán)境污染。

（3）控制精度低，可靠性低，體積大、重量重。

例如，中國專利申請(qǐng)?zhí)枮椋?01020174910.9，名稱為：“一種電動(dòng)汽車充電器”，該申請(qǐng)案雖然采用了功率因數(shù)校正電路、IGBT橋式逆變電路，不能實(shí)現(xiàn)數(shù)字化高效精準(zhǔn)控制，限制了變換器的小型化和輕量化，因而存在上述缺陷。

再如，“新型智能電動(dòng)汽車充電器的設(shè)計(jì)”（夏政偉，張偉民.充電器，20012.02）是以STC?12C5A60S2單片機(jī)為控制核心，該單片機(jī)控制核心比DSP響應(yīng)速度慢；Buck-Boost電路拓?fù)洌糜谥小⒋蠊β孰姵爻潆姇r(shí)，效率低，不穩(wěn)定，性能差，故亦存在上述缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種基于DSP的高頻軟開關(guān)控制方式的電動(dòng)汽車直流充電電源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的零電壓狀態(tài)開關(guān)，開關(guān)功率損耗小，開關(guān)頻率高，有效抑制電磁干擾的產(chǎn)生，使充電快速穩(wěn)定；解決現(xiàn)有技術(shù)因?yàn)殚_關(guān)管導(dǎo)通留下死區(qū)時(shí)間產(chǎn)生電流電壓疊加損耗，嚴(yán)重抑制開關(guān)頻率的提高，影響快速穩(wěn)定充電的問題。