[发明专利]一种电动汽车充电机控制系统及控制方法

权利要求书

1.一种电动汽车充电机控制系统，其特征在于，包括控制模块、进行电能变换的执行模块、电池管理系统和触摸屏；

所述控制模块包括FPGA控制主板、电压反馈模块和电流反馈模块，所述FPGA控制主板包括FPGA核心模块、CAN通信模块、USB通信模块、数模转换模块和模数转换模块；所述CAN通信模块一端连接FPGA核心模块，另一端连接电池管理系统；所述USB通信模块一端连接FPGA核心模块，另一端连接触摸屏；所述模数转换模块一端连接FPGA核心模块，另一端连接电压反馈模块和电流反馈模块；

所述电池管理系统实时监测电池组的电量信息，CAN通信模块负责将电池管理系统的电量信息传输至FPGA核心模块中；所述USB通信模块负责FPGA控制主板与触摸屏的通信，通过该模块将充电过程的参数信息实时传输给触摸屏；所述数模转换模块通过将FPGA核心模块输出的模拟控制量转换为数字量为PWM发生器模块提供输入信号，以调节PWM发生器模块输出的波形脉宽；所述电流反馈模块和电压反馈模块均由传感器和变送器组成，通过传感器实时采集电池组的充电电流及电压并经变送器转变为适应FPGA控制主板中模数转换模块的电流与电压；所述模数转换模块将电流反馈模块和电压反馈模块输出的模拟量转换为数字量传递至FPGA核心模块中进行相应的计算；

所述执行模块包括依次连接的电源EMI滤波器模块、PFC整流滤波模块、逆变电路模块、高频整流模块和滤波模块，所述逆变电路模块连接PWM发生器模块，所述PWM发生器模块连接数模转换模块；所述电源EMI滤波器模块和PFC整流滤波模块将外接三相交流电源进行滤波整流后为逆变电路模块提供直流电源；所述逆变电路模块采用全桥逆变电路，PWM发生器模块通过接收FPGA控制主板输出的控制量，输出一定的波形脉宽，进而控制全桥逆变电路四个开关管的导通、关断时间，使得全桥逆变电路输出具有一定占空比的交流矩形波信号；所述高频整流模块和滤波模块将逆变电路模块输出的交流电通过RLC串联谐振电路处理为高频正弦波，送至高频变压器，并经整流滤波电路处理，得到所需直流电压提供给电池组进行充电。

2.基于上述权利要求1的电动汽车充电机控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)充电机上电后，电动汽车充电机控制系统经过初始化和自检无误后，将充电插头正确接入汽车充电接口，如果连接失误电动汽车充电机控制系统会自动识别并报警；待连接成功后，触摸屏会跳转到充电模式界面供用户选择；

(2)根据电池组类型在触摸屏上选择充电模式，进行充电过程：若电池组为铅酸电池选择常规充电模式，采用基于PID控制算法的三阶段式充电方法；若电池组为锂离子电池，选择智能充电模式；

(3)在上述智能充电模式中，根据锂离子电池剩余电量选择充电方法：当锂离子电池剩余电量小于10％时，采用基于滑模变结构控制算法的间歇变电流—恒压充电法进行充电；否则，采用基于滑模变结构控制算法的间歇变电压—恒压充电法进行充电；

所述基于滑模变结构控制算法的间歇变电流—恒压充电法具体过程为：FPGA控制主板实时计算电流反馈模块返回的电流信息和电池管理系统传递过来的电量信息，采用滑模变结构控制算法计算出用于调节PWM占空比的滑模控制量，在滞环函数作用的基础上采取通过基于给定三角波比较的滑模控制；

所述滑模控制量的表达式为：

SI(x,t)=c3(Iref-i0)+c4(I·ref-i·0)+c5(I··ref-i··0)]]>

式中，S_I(x,t)为滑模控制量，c₃、c₄、c₅为滑模面系数，I_ref、和为预置参考电流及其一阶、二阶导数，i₀、和为充电机输出电流及其一阶、二阶导数；

所述基于滑模变结构控制算法的间歇变电压—恒压充电法具体过程为：FPGA控制主板实时计算电压反馈模块返回的电压信息和电池管理系统传递过来的电量信息，采用滑模变结构控制算法计算出用于调节PWM占空比的滑模控制量，在滞环函数作用的基础上采取通过基于给定三角波比较的滑模控制；

所述滑模控制量的表达式为：

SV(x,t)=c1(Vref-u0)+c2(V·ref-u·0)]]>

式中，S_V(x,t)为滑模控制量，c₁、c₂为滑模面系数，V_ref和为预置参考电压及其导数，u_o和为充电机输出电压及其导数。

3.根据权利要求2所述的基于电动汽车充电机控制系统的控制方法，其特征在于，在充电过程中，FPGA控制主板分别对充电电池组的电流与电压、电池组的温度以及充电接口的电压进行检测，其中一项不满足电动汽车充电机控制系统所设定预定值，就会启动报警并中断充电过程。