一種基于v2g技術(shù)的電動(dòng)汽車充放電裝置制造方法
【專利摘要】一種基于V2G技術(shù)的電動(dòng)汽車充放電裝置，其特征在于它包括交流信號(hào)采樣調(diào)理系統(tǒng)、直流電壓采樣調(diào)理系統(tǒng)、DSP控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和主回路系統(tǒng)；其充放電方法包括：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、信號(hào)采集、AD轉(zhuǎn)換、PWM輸出、控制驅(qū)動(dòng)、實(shí)現(xiàn)雙向流動(dòng)；其優(yōu)越性在于：硬件裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單；采用V2G技術(shù)，使電動(dòng)汽車與電網(wǎng)的電能可以互相轉(zhuǎn)換；充電時(shí)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)可為1，放電時(shí)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)可為-1；系統(tǒng)的可靠性高。
【專利說明】-種基于V2G技術(shù)的電動(dòng)汽車充放電裝置 (一）
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明屬于電動(dòng)汽車電力裝備領(lǐng)域，特別是可實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)之間的雙向互動(dòng)和交換 的一種基于V2G技術(shù)的電動(dòng)汽車充放電裝置。 (二）
【背景技術(shù)】：
[0002] 隨著能源問題與環(huán)境污染的日益突出，以電動(dòng)汽車取代傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車成為 當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一，而電池充放電技術(shù)是電動(dòng)汽車發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，但傳統(tǒng)意義上電網(wǎng) 只向電動(dòng)汽車電池充電，由于電動(dòng)汽車電池容量和充放電功率很大，因此只能在專門的充 電站完成充電任務(wù)，這給充電帶來很大的不便；同時(shí)，對(duì)于長(zhǎng)期停放的電動(dòng)汽車，其不僅 電池里儲(chǔ)存的能量沒有得到很好利用也在一定程度上對(duì)電池的壽命造成影響。隨著智能電 網(wǎng)的提出和發(fā)展，人們正積極探索和研究一種新模式，V2G(Vehicle to Grid)模式，即讓 電動(dòng)汽車的電能在受控狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)之間的雙向互動(dòng)和交換，在此基礎(chǔ)上也可以提 高電動(dòng)汽車用戶對(duì)車載設(shè)備的充電便利性與經(jīng)濟(jì)性以及電網(wǎng)運(yùn)行效率，但是針對(duì)如何實(shí)現(xiàn) 電動(dòng)汽車與電網(wǎng)之間的互動(dòng)供電，現(xiàn)有技術(shù)大多電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高、效率低，因此， 有必要提出一種經(jīng)濟(jì)有效的充放電裝置以推動(dòng)V2G技術(shù)和智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。 (三）
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0003] 本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)了一種基于V2G技術(shù)的電動(dòng)汽車充放電裝置，它可以克服 現(xiàn)有技術(shù)的不足，是一種采用V2G技術(shù)，可讓電動(dòng)汽車的電能在受控狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)之 間的雙向互動(dòng)和交換；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便的電動(dòng)汽車充放電裝置。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案：一種基于V2G技術(shù)的電動(dòng)汽車充放電裝置，其特征在于它是 由交流信號(hào)采樣調(diào)理系統(tǒng)、直流電壓采樣調(diào)理系統(tǒng)、DSP控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和主回路系統(tǒng) 組成；其中，所述主回路系統(tǒng)分別與外部電網(wǎng)及蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)呈雙相連接；且所述主回 路系統(tǒng)的輸入端接收驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其輸出端連接直流電壓采樣調(diào)理系統(tǒng)的輸入 端；所述交流信號(hào)采樣調(diào)理系統(tǒng)的輸入端采集電網(wǎng)信號(hào)，其輸出端連接DSP控制系統(tǒng)的輸 入端；所述DSP控制系統(tǒng)的輸入端與直流電壓采樣調(diào)理系統(tǒng)的輸出端連接，其輸出端連接 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸入端。
[0005] 所述交流信號(hào)采樣調(diào)理系統(tǒng)是由交流電流采樣調(diào)理單元和交流電壓采樣調(diào)理單 元構(gòu)成；其中，所述交流電流采樣調(diào)理單元由霍爾電流互感器和電流調(diào)理電路構(gòu)成；所述 霍爾電流互感器與電流調(diào)理電路呈單向連接；所述電流調(diào)理電路是由運(yùn)算放大器、低通濾 波器和電壓偏移縮放電路構(gòu)成；所述運(yùn)算放大器、低通濾波器和電壓偏移縮放電路依此呈 單向連接；所述交流電壓采樣調(diào)理單元由霍爾電壓互感器和電壓調(diào)理電路構(gòu)成；所述霍爾 電壓互感器與電壓調(diào)理電路呈單向連接；所述電壓調(diào)理電路由差分放大器、濾波器和限壓 箝位電路構(gòu)成，并依此呈單向連接；所述交流電流采樣調(diào)理單元的輸出端和電壓采樣調(diào)理 單元的輸出端分別和DSP控制系統(tǒng)的輸入端連接。
[0006] 所述DSP控制系統(tǒng)是由A/D轉(zhuǎn)換模塊、控制算法模塊和PWM輸出模塊構(gòu)成；其中， 所述A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端接收交流信號(hào)采樣調(diào)理系統(tǒng)的輸出端，其輸出端與控制算法模 塊的輸入端連接；所述控制算法模塊的輸出端連接PWM輸出模塊的輸入端；所述PWM輸出 模塊的輸出端與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸入端連接。
[0007] 所述主回路系統(tǒng)由PWM整流器和DC/DC變換器組成；所述PWM整流器經(jīng)直流側(cè)穩(wěn) 壓電容與DC/DC變換器呈雙向連接；所述DC/DC變換器與蓄電池雙向連接；所述PWM整流 器和DC/DC變換器所使用的電力電子器件為絕緣柵雙極型晶體管IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor);所述IGBT的發(fā)射極E、集電極C和柵極G由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。
[0008] 所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由下拉電阻、可用于IGBT驅(qū)動(dòng)的M579驅(qū)動(dòng)芯片、兩個(gè)三極管和穩(wěn)壓 二極管組成；其中，所述下拉電阻作為輸入電阻，其一端接收DSP控制系統(tǒng)的輸出信號(hào)；另 一端與M579系列芯片的輸入端連接；所述M579系列芯片的輸出端分別連接兩個(gè)三極管的 基極；所述M579芯片的另一個(gè)端子輸出信號(hào)、兩個(gè)三極管的串聯(lián)點(diǎn)引出信號(hào)以及穩(wěn)壓二極 管的輸出信號(hào)分別作為主回路系統(tǒng)中的集電極C、柵極G和發(fā)射極E的輸入信號(hào)。
[0009] -種基于V2G技術(shù)的電動(dòng)汽車充放電裝置的充放電方法，其特征在于它包括以下 的步驟：
[0010] (1)交流信號(hào)采樣調(diào)理系統(tǒng)與外電網(wǎng)相連，實(shí)時(shí)的檢測(cè)和調(diào)理網(wǎng)測(cè)電壓、電流信 號(hào)；直流電壓采樣調(diào)理系統(tǒng)與主回路系統(tǒng)中的PWM整流器直流側(cè)穩(wěn)壓電容相連接，實(shí)時(shí)的 檢測(cè)穩(wěn)壓電容的電壓值；
[0011] (2)交流信號(hào)采樣調(diào)理系統(tǒng)和直流電壓采樣調(diào)理系統(tǒng)分別與DSP控制系統(tǒng)相連 接，由DSP控制系統(tǒng)內(nèi)部的A/D模塊接收步驟（1)中采樣的模擬信號(hào)，然后將其轉(zhuǎn)化成DSP 控制系統(tǒng)的控制算法模塊可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)；
[0012] (3)DSP控制系統(tǒng)的控制算法模塊根據(jù)步驟（2)得到的電壓、電流信號(hào)的值，由PWM 輸出模塊產(chǎn)生PWM信號(hào)；控制算法模塊主要包括PWM整流器的控制算法和DC/DC變換器的 控制算法；PWM整流器的控制算法采用電壓電流雙閉環(huán)控制，控制目標(biāo)是保證直流側(cè)穩(wěn)壓 電壓恒定；DC/DC變換器的控制采用電流閉環(huán)控制，分別控制蓄電池的充電電流和放電電 流；
[0013] (4)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)接收到DSP控制系統(tǒng)發(fā)出的PWM信號(hào)后，由此信號(hào)驅(qū)動(dòng)主回路系統(tǒng)中 的PWM整流器和DC/DC變換器，以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車蓄電池與電網(wǎng)的能量的雙向流動(dòng)。
[0014] 本發(fā)明的工作原理：
[0015] 自動(dòng)充放電裝置實(shí)時(shí)的檢測(cè)電網(wǎng)側(cè)電壓、電流和PWM整流器直流側(cè)電容電壓作為 PWM整流器控制的給定信號(hào)。PWM整流器的電壓、電流環(huán)控制采用PI調(diào)節(jié)器。PWM整流器的 控制目標(biāo)是使直流側(cè)電容電壓穩(wěn)定，以作為DC/DC變換器直流器的穩(wěn)定電壓源。
[0016] 上述所說PWM整流器在d、q坐標(biāo)系下的電流的解耦方程為：
【權(quán)利要求】
1. 一種基于V2G技術(shù)的電動(dòng)汽車充放電裝置，其特征在于它包括交流信號(hào)采樣調(diào)理系 統(tǒng)、直流電壓采樣調(diào)理系統(tǒng)、DSP控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和主回路系統(tǒng)；其中，所述主回路系統(tǒng) 分別與外部電網(wǎng)及蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)呈雙相連接；且所述主回路系統(tǒng)的輸入端接收驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其輸出端連接直流電壓采樣調(diào)理系統(tǒng)的輸入端；所述交流信號(hào)采樣調(diào)理系統(tǒng) 的輸入端采集電網(wǎng)信號(hào)，其輸出端連接DSP控制系統(tǒng)的輸入端；所述DSP控制系統(tǒng)的輸入端 與直流電壓采樣調(diào)理系統(tǒng)的輸出端連接，其輸出端連接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸入端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于V2G技術(shù)的電動(dòng)汽車充放電裝置，其特征在于所述交 流信號(hào)采樣調(diào)理系統(tǒng)是由交流電流采樣調(diào)理單元和交流電壓采樣調(diào)理單元構(gòu)成；其中，所 述交流電流采樣調(diào)理單元由霍爾電流互感器和電流調(diào)理電路構(gòu)成；所述霍爾電流互感器與 電流調(diào)理電路呈單向連接；所述電流調(diào)理電路是由運(yùn)算放大器、低通濾波器和電壓偏移縮 放電路構(gòu)成；所述運(yùn)算放大器、低通濾波器和電壓偏移縮放電路依此呈單向連接；所述交 流電壓采樣調(diào)理單元由霍爾電壓互感器和電壓調(diào)理電路構(gòu)成；所述霍爾電壓互感器與電壓 調(diào)理電路呈單向連接；所述電壓調(diào)理電路由差分放大器、濾波器和限壓箝位電路構(gòu)成，并依 此呈單向連接；所述交流電流采樣調(diào)理單元的輸出端和電壓采樣調(diào)理單元的輸出端分別和 DSP控制系統(tǒng)的輸入端連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于V2G技術(shù)的電動(dòng)汽車充放電裝置，其特征在于所述 DSP控制系統(tǒng)是由A/D轉(zhuǎn)換模塊、控制算法模塊和PWM輸出模塊構(gòu)成；其中，所述A/D轉(zhuǎn)換 模塊的輸入端接收交流信號(hào)采樣調(diào)理系統(tǒng)的輸出端，其輸出端與控制算法模塊的輸入端連 接；所述控制算法模塊的輸出端連接PWM輸出模塊的輸入端；所述PWM輸出模塊的輸出端 與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸入端連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于V2G技術(shù)的電動(dòng)汽車充放電裝置，其特征在于所 述主回路系統(tǒng)由PWM整流器和DC/DC變換器組成；所述PWM整流器經(jīng)直流側(cè)穩(wěn)壓電容與 DC/DC變換器呈雙向連接；所述DC/DC變換器與蓄電池雙向連接；所述PWM整流器和DC/ DC變換器所使用的電力電子器件為絕緣柵雙極型晶體管IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor);所述IGBT的發(fā)射極E、集電極C和柵極G由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于V2G技術(shù)的電動(dòng)汽車充放電裝置，其特征在于所述驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)由下拉電阻、可用于IGBT驅(qū)動(dòng)的M579驅(qū)動(dòng)芯片、兩個(gè)三極管和穩(wěn)壓二極管組成；其 中，所述下拉電阻作為輸入電阻，其一端接收DSP控制系統(tǒng)的輸出信號(hào)；另一端與M579系 列芯片的輸入端連接；所述M579系列芯片的輸出端分別連接兩個(gè)三極管的基極；所述M579 芯片的另一個(gè)端子輸出信號(hào)、兩個(gè)三極管的串聯(lián)點(diǎn)引出信號(hào)以及穩(wěn)壓二極管的輸出信號(hào)分 別作為主回路系統(tǒng)中的集電極C、柵極G和發(fā)射極E的輸入信號(hào)。
6. -種基于V2G技術(shù)的電動(dòng)汽車充放電裝置的充放電方法，其特征在于它包括以下的 步驟： (1) 交流信號(hào)采樣調(diào)理系統(tǒng)與外電網(wǎng)相連，實(shí)時(shí)的檢測(cè)和調(diào)理網(wǎng)測(cè)電壓、電流信號(hào)；直 流電壓采樣調(diào)理系統(tǒng)與主回路系統(tǒng)中的PWM整流器直流側(cè)穩(wěn)壓電容相連接，實(shí)時(shí)的檢測(cè)穩(wěn) 壓電容的電壓值； (2) 交流信號(hào)采樣調(diào)理系統(tǒng)和直流電壓采樣調(diào)理系統(tǒng)分別與DSP控制系統(tǒng)相連接，由 DSP控制系統(tǒng)內(nèi)部的A/D模塊接收步驟（1)中采樣的模擬信號(hào)，然后將其轉(zhuǎn)化成DSP控制系 統(tǒng)的控制算法模塊可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)； (3) DSP控制系統(tǒng)的控制算法模塊根據(jù)步驟（2)得到的電壓、電流信號(hào)的值，由PWM輸出 模塊產(chǎn)生PWM信號(hào)；控制算法模塊主要包括PWM整流器的控制算法和DC/DC變換器的控制 算法；PWM整流器的控制算法采用電壓電流雙閉環(huán)控制，控制目標(biāo)是保證直流側(cè)穩(wěn)壓電壓 恒定；DC/DC變換器的控制采用電流閉環(huán)控制，分別控制蓄電池的充電電流和放電電流； (4) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)接收到DSP控制系統(tǒng)發(fā)出的PWM信號(hào)后，由此信號(hào)驅(qū)動(dòng)主回路系統(tǒng)中的 PWM整流器和DC/DC變換器，以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車蓄電池與電網(wǎng)的能量的雙向流動(dòng)。
【文檔編號(hào)】H02J7/10GK104333103SQ201410693005
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】周雪松, 孔曉利, 馬幼捷, 王德祥, 劉偉 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)