[发明专利]一种用于电动汽车集群充放电的多端口变换器

权利要求书

1.一种用于电动汽车集群充放电的多端口变换器，其特征是：

所述多端口变换器中共有n个端口；所述n个端口中第1端口至第n-1端口共计n-1个端口分别用于和电动汽车电池相连，所述n-1个端口分别为电动汽车集成端口1、电动汽车集成端口2……、电动汽车集成端口n-1，记为：电动汽车集成端口i，i＝1,2,3……n-1；所述n个端口中第n端口用于与直流微网中的直流母线相连，所述第n端口为直流侧端口；

以开关管S_i和二极管D_i构成电动汽车集成端口i的放电控制通道，以开关管S_i'和二极管D_i'构成电动汽车集成端口i的充电控制通道；连接在电动汽车集成端口i上的电动汽车电池B_i的正极端与开关管S_i的集电极以及二极管D_i'的阴极共同连接，开关管S_i的发射极与二极管D_i的阳极相连，二极管D_i'的阳极与开关管S_i'的发射极相连，开关管S_i'的集电极与二极管D_i的阴极则共同连接为连接点O；连接在直流侧端口上的直流母线的负极与开关管S_p的发射极以及二极管D_p的阳极共同连接，开关管S_p的集电极与二极管D_p的阴极共同连接到连接点O，直流母线的正极与所有电动汽车电池的负极共同连接到连接点N；

在所述连接点O与连接点N之间设置由电感L₁和开关管S₁₁构成的放电能量缓冲通道、由电感L₂和开关管S₂₂构成的充电能量缓冲通道、由开关管S₁₁₁和二极管D₁₁₁构成的电感L₁的续流通道，以及由开关管S₂₂₂和二极管D₂₂₂构成的电感L₂的续流通道；其中，电感L₁的一端、二极管D₁₁₁的阴极、电感L₂的一端以及二极管D₂₂₂的阳极共同连接到连接点O，电感L₁的另一端与开关管S₁₁的集电极以及开关管S₁₁₁的集电极共同连接，开关管S₁₁₁的发射极与二极管D₁₁₁的阳极相连，电感L₂的另一端与开关管S₂₂的发射极以及开关管S₂₂₂的发射极共同连接，开关管S₂₂₂的集电极与二极管D₂₂₂的阴极相连，开关管S₁₁的发射极与开关管S₂₂的集电极则共同连接到连接点N；

控制电动汽车集成端口i的放电控制通道、L₂的续流通道以及放电能量缓冲通道的通断能够实现对连接在电动汽车集成端口i上的电动汽车电池B_i的放电控制；控制电动汽车集成端口i的充电控制通道、L₁的续流通道、充电能量缓冲通道以及开关管S_p的通断能够实现对连接在电动汽车集成端口i上的电动汽车电池B_i的充电控制；

设置所述用于电动汽车集群充放电的多端口变换器的控制方法为：

在所述多端口变换器中，设定对应连接在电动汽车集成端口1、电动汽车集成端口2……电动汽车集成端口m上的电动汽车电池B₁、B₂……B_m呈放电状态，对应连接在电动汽车集成端口m+1、电动汽车集成端口m+2……电动汽车集成端口n-1上的电动汽车电池B_m+1、B_m+2……B_n-1呈充电状态，并有：0mn-1；按如下步骤分别获得：开关管S₁、S₂……S_m的占空比d₁、d₂……d_m，开关管S_m+1'、S_m+2'……S_n-1'的占空比d_m+1'、d_m+2'……d_n-1'，开关管S₁₁、S₁₁₁、S₂₂、S₂₂₂和S_p的占空比d₁₁、d₁₁₁、d₂₂、d₂₂₂和d_p'，以及二极管D_p的导通占空比d_p，并利用所获得的占空比d₁……d_m，d_m+1'……d_n-1'，d₁₁，d₁₁₁，d₂₂，d₂₂₂和d_p'分别形成开关管S₁……S_m，S_m+1'……S_n-1'，S₁₁、S₁₁₁、S₂₂、S₂₂₂以及S_p的驱动脉冲以控制其通断，从而实现对电动汽车电池B₁、B₂……B_m的放电控制和对电动汽车电池B_m+1、B_m+2……B_n-1的充电控制：

步骤a、检测获得电动汽车电池B_i的端电压V_i以及直流母线电压V_dc；给定电动汽车电池B_i的功率设定值P_i，对于呈充电状态的电动汽车电池，其功率设定值P_i取为充电功率；对于呈放电状态的电动汽车电池，其功率设定值P_i取为放电功率，则电动汽车电池B_i的平均电流I_i为：I_i＝P_i/V_i，对于呈充电状态的电动汽车电池，所述平均电流I_i为平均充电电流，对于呈放电状态的电动汽车电池，所述平均电流I_i为平均放电电流；

步骤b、联立式(1)～(6)求解获得占空比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'为占空比d_p'第i段的取值，i＝m+1,m+2……n-1，且有

V_fv为单个开关管两端的压降；

r_i为电动汽车电池B_i的内阻；

r_dc为直流侧端口的等效电阻，令其取值为450mΩ；

I_dc为流入直流侧端口的平均电流，令其取值为0；

I_idc为对应电动汽车电池B_i充电时从直流侧端口流出电流的平均值，令其取值均为0，i＝m+1,m+2……n-1，

r_L1与r_L2分别为电感L₁和电感L₂的寄生电阻；

步骤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'同时满足式(7)和式(8)，则进入步骤e，否则进入步骤d；

步骤d、将I_dc和I_(m+1)dc……I_(n-1)dc各自增加一个步距0.01后代入上述由式(1)～(6)联立所得的方程组中求解获得占空比d₁……d_m，d_m+1'……d_n-1'，d_p以及d_(m+1)p'……d_(n-1)p'的值，重复步骤c；

步骤e、利用式(9)和式(10)计算获得占空比d₁₁，d₂₂，d₁₁₁和d₂₂₂；

步骤f、利用所述占空比d₁……d_m，d_m+1'……d_n-1'，d₁₁，d₁₁₁，d₂₂，d₂₂₂和d_p'分别形成开关管S₁……S_m，S_m+1'……S_n-1'，S₁₁、S₁₁₁、S₂₂、S₂₂₂以及S_p的驱动脉冲以控制其通断，从而实现对电动汽车电池B₁、B₂……B_m的放电控制和对电动汽车电池B_m+1、B_m+2……B_n-1的充电控制。