[发明专利]新型电动汽车充电电路及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型电动汽车充电电路及其控制方法，属于电动汽车充电技术领域。

背景技术

随着现代高新技术的发展和当今世界环境、能源两大难题的日益突出，电动汽车以优越的环保特性，成为汽车行业关注的重点。而随着国家对新能源汽车的多项扶植政策的出台，新能源汽车的发展步伐正在加快，充电基础设施的建设步伐也在加快。而目前一些充电机仍采用较为传统的结构，将充电接口、双向AC/DC变换器、双向DC/DC变换器和动力电池简单串联，具有效率低下、功率因数不足、能量密度较低等缺点。专利CN106647332A提供了一种汽车双向充放电设计方法，可以实现双向电能传输，同时可以有效抑制谐波保证功率因数，但是缺乏电气隔离模块，难以保证用户及设备的安全。专利CN102222958A提供了一种电动汽车车载双向充电机，采用了隔离的双有源半桥双向DC/DC变换器，使得变换性能更加高效稳定，但是充电攻率较低，无法满足日益增长的充电速度需求。专利CN102983606A公开了一种用于电动车充电的双向充电系统，由多个双向AC/DC和DC/DC模块构成，提高了充电和放电功率的可调节，可以大功率地实现电能的双向传输，但是由于使用变换器模块较多，体积较大，功率密度较小，且成本较高。因此，大功率、高效率、低成本以及高功率密度的充电机是当前研究的一个热点。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种新型电动汽车充电电路，该技术方案PWM整流器采用开关管全桥结构，同时实现功率因数校正、工频整流、高频逆变等功能，大大减少开关管的使用数量；串联谐振电路将工频电流隔断，通过PWM整流器产生高频电流为高频变压器提供能量，可以有效减小变压器体积。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种新型电动汽车充电电路，所述充电电路由控制单元和依次连接的充电输入端、PWM整流器、储能电容、谐振电路、三绕组高频隔离变压器、高压整流滤波电路、低压整流滤波电路、低压输出端和充电输出端组成，所述控制单元接受充电输入端、充电输出端、储能电容、低压输出端的信息，并根据该信息控制PWM整流器和整流滤波电路的工作。该技术方案可以实现功率因数校正和高压整流桥的软开关技术，能有效减少充电机所需开关器件数量，减小变压器体积，三绕组变压器的使用可以减少变压器的数量，提高功率传输的效率，降低了系统的体积和成本。同时，经过控制单元控制方式的变换，可以实现逆向充电功能，从而对外输出功率。

作为本发明的一种改进，所述充电输入端设有电压采集电路和电流采集电路；所述电压采集电路和电流采集电路与控制单元相连，进一步地实现功率因数校正。

作为本发明的一种改进，所述PWM整流器由四个开关管组成全桥结构，PWM整流器输入端与充电输入端相连，且与谐振电路并联；整流器输出端连接储能电容向其充电，所述储能电容端口设有电压采集电路，由控制单元控制储能电容电压稳定作为本发明的一种改进，所述控制单元由中央处理模块及与中央处理模块相连的数模转换模块，脉宽调制模块组成，所述中央处理模块通过模数转换模块接收电压采集电路的电压信息、电流采集电路的电流信息、充电输入端的电压信息、储能电容的电压信息、充电输出端的电压信息、低压输出端的电压信息，并根据上述信息来控制脉宽调制模块的输出。

作为本发明的一种改进，所述谐振电路由谐振电感和谐振电容串联构成；其谐振频率与脉宽调制模块产生的方波信号或正弦信号同频，大于工频，又小于所述开关频率。所述谐振电路可以将工频电流与高频变压器隔离，阻止工频电流流入高频变压器，以防产生工频环流影响充电电路的效率。

作为本发明的一种改进，所述谐振电路与充电输入端并联，接入PWM整流器的输入端；所述谐振电路的另一端口与高频变压器、高低压整流滤波电路和充电输出端串联。

作为本发明的一种改进，所述高压整流滤波电路及低压整流滤波电路可以设置为倍压整流、全波整流、全桥整流、半波整流、半桥整流中的一种，也可以设置为其他的整流方式。

本发明还提供了一种适用于该电动汽车充电电路的控制方法，具体如下：所述控制单元接受充电输入端、充电输出端、储能电容的信息，并根据该信息来控制PWM整流器的工作，其特征在于采用电压外环电流内环的双闭环控制策略；中央处理模块将储能电容的电压信息作为参考，将电压采集电路的电压信息作为反馈，通过PID闭环处理得到电压外环的调节值；中央处理模块将电压外环的调节值作为参考，将充电输入端的电流信息作为反馈，通过PID闭环处理得到电流内环的调节值，进而得到PWM整流器实现功率因数校正的控制信号。