[發明專利]插電式混合電動汽車充電系統、方法及應用

有效

• 申請號: 201811558863.5
• 申請日: 2018-12-19
• 公開（公告）號: CN109672240B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 王廣柱;銀澤一;程振興
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02J7/14;B60L53/24;B60L58/22
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

1.一種插電式混合電動汽車充電系統，包括：

“背靠背”模塊化多電平變換器拓撲結構和控制系統，其中：

所述拓撲結構包括分別位于該變換器左、右兩側的兩組三相橋臂，位于所述變換器左側的一組三相橋臂與三相發電機定子繞組對應連接，位于所述變換器右側的另一組三相橋臂與三相電動機定子繞組對應連接，外接單相交流電源跨接在所述三相發電機定子繞組與所述三相電動機定子繞組各自的中性點之間；每組每相橋臂均包括上橋臂、下橋臂這兩個橋臂，所述上橋臂或下橋臂中的每個橋臂均包括串聯連接的一個電感和多個子模塊；

所述控制系統包括綜合SOC均衡控制器、橋臂控制器、SOC計算模塊、歸一化單元A和PWM信號發生器；所述橋臂控制器為多個，所述綜合SOC均衡控制器與各個所述橋臂控制器連接，各個所述橋臂控制器的輸出端連接所述PWM信號發生器，并由所述PWM信號發生器控制所述子模塊中的開關管；

每個所述子模塊配置一個所述SOC計算模塊，檢測流過各個所述子模塊內的電池單元的電流i_xyz1、i_xyz2、……、i_xyzN，經過所述SOC計算模塊得到各個所述子模塊內的所述電池單元的SOC檢測值SOC_xyz1、SOC_xyz2、……、SOC_xyzN，其中x＝l、r，分別表示所述變換器的左側三相橋臂和右側三相橋臂，y＝a、b、c，分別表示所述變換器某一側三相橋臂的每一相，z＝p、n，分別表示所述上、下橋臂，N表示所述每個橋臂中所述子模塊的數量；

所述歸一化單元A對所述外接單相交流電源的電壓u_s進行處理，得到相應的單位幅值電源電壓u_su；

所述綜合SOC均衡控制器包括上下橋臂SOC均衡控制器、相間橋臂SOC均衡控制器、左右橋臂SOC均衡控制器、橋臂電流控制器、反饋電流采集器、開關信號選擇模塊、求平均值單元A、求平均值單元B和乘法器I；所述每個橋臂配置一個所述橋臂電流控制器、一個所述求平均值單元A、一個所述開關信號選擇模塊和一個所述反饋電流采集器，每一對同時工作的所述上、下橋臂共用一個所述上下橋臂SOC均衡控制器，每組三相的所述上橋臂共用一個所述求平均值單元B和一個所述相間橋臂SOC均衡控制器，每組三相的所述下橋臂共用一個所述求平均值單元B和一個所述相間橋臂SOC均衡控制器，兩組三相的所述上橋臂共用一個所述左右橋臂SOC均衡控制器，兩組三相的所述下橋臂共用一個所述左右橋臂SOC均衡控制器，所述上下橋臂SOC均衡控制器、所述相間橋臂SOC均衡控制器和所述左右橋臂SOC均衡控制器的每個都配置一個所述乘法器I，所有所述乘法器I共用一個所述歸一化單元A；

所述每個橋臂的所述SOC計算模塊與該橋臂對應的所述求平均值單元A連接，所述求平均值單元A輸出的所述每個橋臂的SOC平均值分別送入所述上下橋臂SOC均衡控制器和所述求平均值單元B中，所述求平均值單元B分別與所述相間橋臂SOC均衡控制器、所述左右橋臂SOC均衡控制器連接，所述上下橋臂SOC均衡控制器和所述相間橋臂SOC均衡控制器分別經過各自的所述乘法器I與該橋臂對應的所述橋臂電流控制器相連，同時與該橋臂對應的所述反饋電流采集器的輸出也送入對應的所述橋臂電流控制器，所述橋臂電流控制器的輸出送入該橋臂對應的所述開關信號選擇模塊，所述左右橋臂SOC均衡控制器經過其對應的所述乘法器I與所述開關信號選擇模塊相連，所述開關信號選擇模塊的輸出與該橋臂對應的所述橋臂控制器相連；

所述每個橋臂配置一個所述橋臂控制器，每個所述橋臂控制器包括N個子模塊微調控制器和N個加法器；每個所述子模塊微調控制器經對應的所述加法器后再與所述PWM信號發生器連接；

所述綜合SOC均衡控制器根據所述每個橋臂中各個所述子模塊的所述SOC檢測值，進行所述橋臂控制器的均衡控制，以驅動各個所述子模塊中的所述開關管動作，使得所述每個橋臂僅工作在橋臂電流i_xyz的半個周期，保證各個所述子模塊內的所述電池單元始終處于充電狀態；

所述綜合SOC均衡控制器將同時工作的所述上、下橋臂的SOC平均值和送入所述上下橋臂SOC均衡控制器得到對應的所述上、下橋臂的電流參考值增量Δi_xy；其中當x＝l時x′＝r，當x＝r時x′＝l；

將所述變換器同一側的每組三相橋臂的SOC平均值和所述SOC平均值送入所述相間橋臂SOC均衡控制器得到該組各相橋臂的電流參考值增量Δi_xyz；

將所述每個橋臂的所述橋臂電流i_xyz，經所述反饋電流采集器得到對應的橋臂反饋電流i′_xyz，將所述橋臂反饋電流i′_xyz、橋臂電流給定基準值i^*、對應的所述電流參考值增量Δi_xy和Δi_xyz經過對應的所述橋臂電流控制器，得到所述每個橋臂的公共PWM占空比參考值d^*_xyz；

將SOC平均值和經過所述左右橋臂SOC均衡控制器得到輸出值D_l-rz，與所述單位幅值電源電壓u_su相乘后得到所述兩組三相橋臂的PWM占空比增量Δd_l-rz；

將所述公共PWM占空比參考值d^*_xyz、所述PWM占空比增量Δd_l-rz以及所述橋臂電流i_xyz經過所述開關信號選擇模塊，得到所述每個橋臂的公共PWM占空比d_xyz；

將所述SOC檢測值SOC_xyzN與所述SOC平均值送入到第N個所述子模塊微調控制器進行處理，得到第N個所述子模塊的占空比增量Δd_xyzN，然后再與對應的所述公共PWM占空比d_xyz通過對應的所述加法器相加，得到第N個所述子模塊的PWM占空比d_xyzN，送到所述PWM信號發生器，產生各個所述子模塊的PWM控制信號，以控制各個所述子模塊中的所述開關管，實現各個所述子模塊的SOC均衡控制。