[發明專利]一種用于電動汽車集群充放電的多端口變換器

有效

• 申請號: 201711014789.6
• 申請日: 2015-12-24
• 公開（公告）號: CN107681729B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 茆美琴;施漢杰;張榴晨
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;B60L53/10;B60L53/60
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

1.一種用于電動汽車集群充放電的多端口變換器，其特征是：

所述多端口變換器中共有n個端口；所述n個端口中第1端口至第n-1端口共計n-1個端口分別用于和電動汽車電池相連，所述n-1個端口分別為電動汽車集成端口1、電動汽車集成端口2……、電動汽車集成端口n-1，記為：電動汽車集成端口i，i＝1,2,3……n-1；所述n個端口中第n端口用于與直流微網中的直流母線相連，所述第n端口為直流側端口；

以開關管S_i和二極管D_i構成電動汽車集成端口i的放電控制通道，以開關管S_i'和二極管D_i'構成電動汽車集成端口i的充電控制通道；連接在電動汽車集成端口i上的電動汽車電池B_i的正極端與開關管S_i的集電極以及二極管D_i'的陰極共同連接，開關管S_i的發射極與二極管D_i的陽極相連，二極管D_i'的陽極與開關管S_i'的發射極相連，開關管S_i'的集電極與二極管D_i的陰極則共同連接為連接點O；連接在直流側端口上的直流母線的負極與開關管S_p的發射極以及二極管D_p的陽極共同連接，開關管S_p的集電極與二極管D_p的陰極共同連接到連接點O，直流母線的正極與所有電動汽車電池的負極共同連接到連接點N；

在所述連接點O與連接點N之間設置由電感L₁和開關管S₁₁構成的放電能量緩沖通道、由電感L₂和開關管S₂₂構成的充電能量緩沖通道、由開關管S₁₁₁和二極管D₁₁₁構成的電感L₁的續流通道，以及由開關管S₂₂₂和二極管D₂₂₂構成的電感L₂的續流通道；其中，電感L₁的一端、二極管D₁₁₁的陰極、電感L₂的一端以及二極管D₂₂₂的陽極共同連接到連接點O，電感L₁的另一端與開關管S₁₁的集電極以及開關管S₁₁₁的集電極共同連接，開關管S₁₁₁的發射極與二極管D₁₁₁的陽極相連，電感L₂的另一端與開關管S₂₂的發射極以及開關管S₂₂₂的發射極共同連接，開關管S₂₂₂的集電極與二極管D₂₂₂的陰極相連，開關管S₁₁的發射極與開關管S₂₂的集電極則共同連接到連接點N；

控制電動汽車集成端口i的放電控制通道、L₂的續流通道以及放電能量緩沖通道的通斷能夠實現對連接在電動汽車集成端口i上的電動汽車電池B_i的放電控制；控制電動汽車集成端口i的充電控制通道、L₁的續流通道、充電能量緩沖通道以及開關管S_p的通斷能夠實現對連接在電動汽車集成端口i上的電動汽車電池B_i的充電控制；

設置所述用于電動汽車集群充放電的多端口變換器的控制方法為：

在所述多端口變換器中，設定對應連接在電動汽車集成端口1、電動汽車集成端口2……電動汽車集成端口m上的電動汽車電池B₁、B₂……B_m呈放電狀態，對應連接在電動汽車集成端口m+1、電動汽車集成端口m+2……電動汽車集成端口n-1上的電動汽車電池B_m+1、B_m+2……B_n-1呈充電狀態，并有：0mn-1；按如下步驟分別獲得：開關管S₁、S₂……S_m的占空比d₁、d₂……d_m，開關管S_m+1'、S_m+2'……S_n-1'的占空比d_m+1'、d_m+2'……d_n-1'，開關管S₁₁、S₁₁₁、S₂₂、S₂₂₂和S_p的占空比d₁₁、d₁₁₁、d₂₂、d₂₂₂和d_p'，以及二極管D_p的導通占空比d_p，并利用所獲得的占空比d₁……d_m，d_m+1'……d_n-1'，d₁₁，d₁₁₁，d₂₂，d₂₂₂和d_p'分別形成開關管S₁……S_m，S_m+1'……S_n-1'，S₁₁、S₁₁₁、S₂₂、S₂₂₂以及S_p的驅動脈沖以控制其通斷，從而實現對電動汽車電池B₁、B₂……B_m的放電控制和對電動汽車電池B_m+1、B_m+2……B_n-1的充電控制：

步驟a、檢測獲得電動汽車電池B_i的端電壓V_i以及直流母線電壓V_dc；給定電動汽車電池B_i的功率設定值P_i，對于呈充電狀態的電動汽車電池，其功率設定值P_i取為充電功率；對于呈放電狀態的電動汽車電池，其功率設定值P_i取為放電功率，則電動汽車電池B_i的平均電流I_i為：I_i＝P_i/V_i，對于呈充電狀態的電動汽車電池，所述平均電流I_i為平均充電電流，對于呈放電狀態的電動汽車電池，所述平均電流I_i為平均放電電流；

步驟b、聯立式(1)～(6)求解獲得占空比d₁……d_m，d_m+1'……d_n-1'，d_p以及d_p'的值；

d_ip'(V_dc-V_fv-r_dcI_idc)-d_i'(V_i+V_fv+r_iI_i)-r_L2(I_i+I_idc)＝0，i＝m+1……n-1 (4)，

其中，d_ip'為占空比d_p'第i段的取值，i＝m+1,m+2……n-1，且有

V_fv為單個開關管兩端的壓降；

r_i為電動汽車電池B_i的內阻；

r_dc為直流側端口的等效電阻，令其取值為450mΩ；

I_dc為流入直流側端口的平均電流，令其取值為0；

I_idc為對應電動汽車電池B_i充電時從直流側端口流出電流的平均值，令其取值均為0，i＝m+1,m+2……n-1，

r_L1與r_L2分別為電感L₁和電感L₂的寄生電阻；

步驟c、若占空比d₁……d_m，d_m+1'……d_n-1'，d_p以及d_(m+1)p'……d_(n-1)p'同時滿足式(7)和式(8)，則進入步驟e，否則進入步驟d；

步驟d、將I_dc和I_(m+1)dc……I_(n-1)dc各自增加一個步距0.01后代入上述由式(1)～(6)聯立所得的方程組中求解獲得占空比d₁……d_m，d_m+1'……d_n-1'，d_p以及d_(m+1)p'……d_(n-1)p'的值，重復步驟c；

步驟e、利用式(9)和式(10)計算獲得占空比d₁₁，d₂₂，d₁₁₁和d₂₂₂；

步驟f、利用所述占空比d₁……d_m，d_m+1'……d_n-1'，d₁₁，d₁₁₁，d₂₂，d₂₂₂和d_p'分別形成開關管S₁……S_m，S_m+1'……S_n-1'，S₁₁、S₁₁₁、S₂₂、S₂₂₂以及S_p的驅動脈沖以控制其通斷，從而實現對電動汽車電池B₁、B₂……B_m的放電控制和對電動汽車電池B_m+1、B_m+2……B_n-1的充電控制。