一种充电机系统

摘要

一种充电机系统，属于电力电子和电力自动化设备，适用于电动汽车充电场合，解决现有两级式充电机设备效率偏低的问题。本发明包括高频整流器、高频直流变压器和控制器，高频整流器和高频直流变压器通过直流母线连接，控制器生成第一～第六路驱动信号送至高频整流器，控制器生成第七、第八路驱动信号送至高频直流变压器，控制器包括采样调理模块、双闭环控制模块、第一信号发生模块以及第二信号发生模块。本发明具有高频整流器高功率因数、低电流谐波的特点以及高频直流变压器高效率、带电气隔离的特点，可以实现储能电池和动力电池的恒流充电和恒压充电两种工作模式，适用于电动汽车充电系统。

主权项

一种充电机系统，包括高频整流器、高频直流变压器和控制器，高频整流器和高频直流变压器通过直流母线连接，控制器生成第一～第六路驱动信号送至高频整流器，控制器生成第七、第八路驱动信号送至高频直流变压器，其特征在于：A.所述控制器包括采样调理模块、双闭环控制模块、第一信号发生模块以及第二信号发生模块；(1)采样调理模块进行下述操作：(1.1)对交流母线的初始三相交流电压usa，b，c、初始三相交流电流isa，b，c以及初始直流母线电压usdc、初始电池电压us0和初始电池电流is0进行滤波，得到三相交流电压ua，b，c、三相交流电流ia，b，c、直流母线电压udc、高频直流变压器输出电压u0、高频直流变压器输出电流i0；(1.2)对三相交流电压ua，b，c进行锁相，得到相位信号θ，送至第一信号发生模块；(1.3)进行坐标系转换，将三相静止坐标系下三相交流电压ua，b，c、三相交流电流ia，b，c变换为同步旋转坐标系下交流有功电压ud、交流无功电压uq、交流有功电流id、交流无功电流iq，送至双闭环控制模块；同时，将udc、u0和i0送至双闭环控制模块；(2)双闭环控制模块进行下述操作：(2.1)判断是否u0＜u0*，是则进行步骤(2.2)，否则进行步骤(2.4)，输出电压设定值u0*＝100V～120V，对应所充电电池的充电截止电压，由电池手册规定；(2.2)计算输出电流误差ei：ei＝i0*‑i0；其中，输出电流设定值i0*＝0A～80A，对应所充电电池的充电电流，由电池手册规定；(2.3)计算有功电流参考值id*：id*＝Kipei+Kii∫eidt；其中，Kip和Kii分别为电池电流比例系数和电池电流积分系数，5.1＜Kip＜11.4，993＜Kii＜1430，t为时间；转步骤(2.6)；(2.4)计算输出电压误差eu：eu＝u0*‑u0；(2.5)计算有功电流参考值id*：id*＝Kupeu+Kui∫eudt；其中，Kup和Kui分别为电池电压比例系数和电池电压积分系数，5.4＜Kup＜12.1，421＜Kui＜606；(2.6)计算有功电流误差eid：eid＝id*‑id；(2.7)计算有功调制电压urd：urd＝Kipd(eid+Kdcudc)++Kiid∫(eid+Kdcudc)dt；其中，Kipd、Kiid、Kdc分别为交流有功电流比例系数、交流有功电流积分系数和直流母线电压前馈系数，13.5＜Kipd＜30.5，591＜Kiid＜851；Kdc＝2i0u0/(3ud)；(2.8)计算无功电流误差eiq：eiq＝iq*‑iq；其中，无功电流设定值iq*＝‑Q*/ud，无功指令Q*＝‑6000Var～6000Var，由用户给定；(2.9)计算无功调制电压urq：urq＝Kipqeiq+Kiiq∫eiqdt；其中，交流无功电流比例系数Kipq＝Kipd；交流无功电流积分系数Kiiq＝Kiid；将urd和urq送至第一信号发生模块；(3)第一信号发生模块进行下述操作：(3.1)将同步旋转坐标系下的urd和urq变换为三相静止坐标系下的a相、b相、c相调制电压ura、urb、urc；(3.2)生成等效的a相、b相、c相空间矢量调制信号u′ra、u′rb、 u rc ′ : u ra ′ u rb ′ u rc ′ = u ra u rb u rc + u z 1 1 1 ; 其中，零序分量uz＝‑[max(ura，urb，urc)+min(ura，urb，urc)]/2；max和min分别为求最大值和求最小值的运算函数；(3.3)生成驱动信号：将u′ra、u′rb、u′rc分别与频率为20kHz，幅值为1的三角载波信号相比较，当u′ra大于三角载波信号瞬时值时，输出第一路驱动信号，当u′ra低于三角载波信号瞬时值时，输出第二路驱动信号；当u′rb大于三角载波信号瞬时值时，输出第三路驱动信号，当u′rb低于三角载波信号瞬时值时，输出第四路驱动信号；当u′rc大于三角载波信号瞬时值时，输出第五路驱动信号，当u′rc低于三角载波信号瞬时值时，输出第六路驱动信号；将生成的第一～第六路驱动信号送至高频整流器；(4)第二信号发生模块进行如下操作：(4.1)产生幅值为0.48的直流电平信号urdc；(4.2)生成驱动信号：将urdc与频率为50kHz，幅值为1的锯齿波信号相比较，当urdc大于锯齿波信号瞬时值时，输出第七路驱动信号，当urdc低于锯齿波信号瞬时值时，输出第八路驱动信号；将生成的第七、第八路驱动信号送至高频直流变压器；B.所述高频整流器采用三相半桥电压型高频整流器或者三相全桥电压型高频整流器，当所述高频整流器为三相半桥电压型高频整流器时，所述第一信号发生模块生成的第一～第六路驱动信号分别送至高频整流器的第一～第六路驱动信号接口；当所述高频整流器为三相全桥电压型高频整流器时，所述第一信号发生模块生成的第一路驱动信号分别送至高频整流器的第一、第四路驱动信号接口、第二路驱动信号分别送至高频整流器的第二、第三路驱动信号接口、第三路驱动信号分别送至高频整流器的第五、第八路驱动信号接口、第四路驱动 信号分别送至高频整流器的第六、第七路驱动信号接口、第五路驱动信号分别送至高频整流器的第九、第十二路驱动信号接口、第六路驱动信号分别送至高频整流器的第十、第十一路驱动信号接口；C.所述高频直流变压器由高频逆变单元、高频变压器、高频整流单元构成，所述高频逆变单元输出端连接高频变压器原边，高频变压器副边连接高频整流单元；其中高频逆变单元采用全桥逆变电路、半桥逆变电路或者推挽电路；高频变压器的原、副边分别为一个或两个抽头；高频整流器单元采用全桥整流电路或双半波整流电路；当高频逆变单元采用全桥逆变电路时，所述第二信号发生模块生成的第七路驱动信号分别送至全桥逆变电路的第一、第四路驱动信号接口、第八路驱动信号分别送至全桥逆变电路的第二、第三路驱动信号接口；当高频逆变单元采用半桥逆变电路或者推挽电路时，所述第二信号发生模块生成的第七、第八路驱动信号分别送至半桥逆变电路或者推挽电路的第一、第二路驱动信号接口。