基于DSP的電動汽車直流充電電源系統技術方案

一種基于DSP的電動汽車充電電源系統，涉及一種基于DSP的高頻MOSFET逆變技術，包括工頻交流輸入電網、主電路、控制電路、DSP數字化控制模塊和電動汽車電池負載；主電路包括輸入整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率變壓模塊、輸出整流濾波模塊；控制電路包括故障保護模塊、電流電壓采樣及信號處理模塊、DSP數字化控制模塊、高頻驅動模塊組成。本實用新型專利技術采用先進的高頻MOSFET逆變技術和DSP數字化控制技術，有效提高了脈沖充電電源的輸出功率。具有輸出功率大、充電效率高及可靠性高等優點，特別適用于高效高速化的電動汽車充電。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種電動汽車充電技術，特別涉及一種基于DSP的電動汽車直流充電電源系統。·
技術介紹
隨著汽車行業的不斷發展，“零排放、零污染”的電動汽車受到世界各國廣泛重視，適用于電動汽車的動力電池取得了飛速發展，因此，對電動汽車專用充電電源也提出了更高的要求。目前，電動汽車充電電源主要通過(脈沖寬度調制(Pulse Width Modulation,簡稱PWM)開關控制技術實現電流電壓控制，電動汽車的材料、結構和驅動及控制等技術已經取得了很大的發展，但是電池能量存儲技術、快速充電技術制約著電動汽車發展和普及，因此，研發高性能電池和適用于電動汽車專用充電電源系統，解決車載電池快速、安全充電勢在必行。隨著數字信號處理器(Digital Signal Processor,簡稱DSP)控制技術的日益完善，運用DSP數字化控制技術對電動汽車充電電源進行數字化控制研究，開發出電動汽車專用充電設備，對電動汽車的發展和普及具有十分重要的理論意義和現實價值。美國、日本、法國和德國等國在充電
已經取得飛速發展。在一些西方國家，電動汽車已經普及，電動汽車充電技術已經比較成熟，汽車充電站遍布城市，但是充電技術還有許多技術難題有待解決。上世紀50年代，美國就已經研制了 6 24V鉛酸蓄電池金屬整流器型充電機。除此之外，英國聯營公司研發了總能量充電控制技術，有效地解決了采用磨擦式充電系統和電暈式充電系統所帶來的種種問題，最大程度上減少了粉粒充電時所需的能量，為電動汽車充電技術向前發展邁出了重大一步。除此之外，國外許多大公司利用計算機控制、人工智能等先進科學技術，已經成功研發了功能齊全、易于控制的大型智能充電設備，并設有充電保護和故障報警功能，具有很好的安全性和實用性。我國在“十五”規劃中已經把對電動車的研究列為國家高科技攻關項目和國家“863”科技攻關項目。經過幾十年的研究，電動汽車制造技術己經趨于成熟，但在提高動力電池性能和突破充電技術瓶頸之前，實現電動車的普及還需要相當長的一段時間。盡管充電機系統控制技術取得了一定的成就，但距離滿足電動車市場化的充電要求還有很長的一段路要走。目前電動汽車充電電源，主要是采用高頻電力電子開關取代可控硅，提高開關速度和充電效率，減小變壓器和濾波器的體積，節省原材料。但隨著開關頻率的提高及開關周期的縮短，在傳統PWM控制方式下開關器件工作在硬開關狀態，每次開關管同步導通留下的死區時間產生的電流和電壓疊加損耗，開關損耗的存在限制了變換器功率密度的提高，嚴重抑制了開關頻率的提高，給快速穩定充電、保證電動汽車的電能驅動力造成極大的障礙，限制了變換器的小型化和輕量化。同時，開關管工作在硬開關狀態時，功率器件所受的開關應力大，還會引起很高的di/dt和du/dt，從而產生大的電磁干擾，帶來電磁環境污染，現有的電動汽車充電技術主要具有以下的缺陷(I)用于中、大功率充電時,性能差、充電系統不穩定,輸出功率小,充電效率低。(2)響應速度慢，易產生電磁環境污染。( 3 )控制精度低，可靠性低，體積大、重量重。例如，中國專利申請號為201020174910. 9，名稱為“一種電動汽車充電器”，該申請案雖然采用了功率因數校正電路、IGBT橋式逆變電路，不能實現數字化高效精準控制，限制了變換器的小型化和輕量化，因而存在上述缺陷。再如，“新型智能電動汽車充電器的設計”(夏政偉，張偉民.充電器，20012. 02)是以STC12C5A60S2單片機為控制核心，該單片機控制核心比DSP響應速度慢；Buck-Boost電路拓撲，用于中、大功率電池充電時，效率低，不穩定，性能差，故亦存在上述缺陷。
技術實現思路
本技術的目的在于克服現有技術的缺點和不足，提供一種基于DSP的高頻軟開關控制方式的電動汽車直流充電電源系統，實現開關管的零電壓狀態開關，開關功率損耗小，開關頻率高，有效抑制電磁干擾的產生，使充電快速穩定；解決現有技術因為開關管導通留下死區時間產生電流電壓疊加損耗，嚴重抑制開關頻率的提高，影響快速穩定充電的問題。本技術的目的通過下述技術方案實現一種基于DSP的高頻軟開關控制方式的電動汽車直流充電電源系統，包括工頻交流輸入電網、主電路、電動汽車電池負載和控制電路。所述主電路包括依次電氣連接的輸入整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率變壓模塊和輸出整流濾波模塊相連接組成；所述控制電路包括故障保護模塊、電流電壓采樣及信號處理模塊、DSP數字化控制模塊和高頻驅動模塊相連接組成，所述DSP數字化控制模塊通過A/D轉換，將采集到的電流和電壓信號送到DSP中，DSP通過PI算法對電源主電路的電流和電壓進行閉環控制，產生需要的移相PWM波形，經高頻驅動模塊控制功率器件MOSFET開關管的導通和關斷時間，以達到控制電流和電壓的目的，實現數字化控制；所述故障保護模塊通過檢測電動汽車充電電源系統的電流和電壓，以及溫度是否在正常范圍內，反饋信號給DSP數字化控制模塊；所述高頻驅動模塊的另一端與高頻逆變模塊相連接，高頻驅動模塊通過控制功率器件MOSFET開關管的開關時間驅動高頻逆變模塊；所述電流電壓采樣及信號處理模塊的另一端與電動汽車電池負載相連接，電流電壓采樣及信號處理模塊采集系統電流和電壓信號通過A/D轉換經DSP計算調節PWM信號移相角以控制系統的電流和電壓。所述輸入整流濾波模塊與工頻交流輸入電網相連接，所述輸出整流濾波模塊作為充電電源的輸出，與待充電的電動汽車電池負載相連。所述控制電路的故障保護模塊的另一端與單相工頻交流輸入電網相連接，所述高頻驅動模塊的另一端與高頻逆變模塊相連接，所述電流電壓采樣及信號處理模塊的另一端與電動汽車電池負載相連接。所述DSP嵌入式處理器分別與電流電壓采樣及信號處理模塊、故障保護模塊和高頻驅動模塊相連接。所述DSP數字化控制模塊由數字信號處理器組成，通過數字信號處理器實現對主電路的控制。所述數字信號處理器采用TMS320LF2407A芯片，用于調節主電路電流和電壓的輸出。所述數字信號處理器內嵌事件管理器，所述事件管理器具有脈寬調制單元，所述脈寬調制單元以全軟件方式分別產生四路固定占空比的PWM信號，用于主電路的移相調制。所述故障保護模塊包括相互連接的過壓檢測電路、欠壓檢測電路、過流檢測電路、過溫檢測電路和與門電路。所述高頻逆變模塊包括逆變橋開關管組，所述逆變橋開關管組包括VI、V2、V3和V4四個開關管。所述的高頻驅動模塊主要由脈沖驅動變壓器、MOSFET式圖騰柱推動結構相互連接組成。本技術的工作原理本技術采用了電壓型全橋移相軟開關主電路，包括DSP數字化控制的電流反饋電路、電壓反饋電路、MOSFET管驅動電路、保護電路，通過數字PI控制算法，以實現充電電源的電流和電壓控制。單相工頻交流電經過輸入整流濾波模塊整流為平滑直流電后，再通過高頻逆變模塊，然后通過功率變壓模塊、輸出整流濾波模塊流入待充電的電動汽車電池(鋰離子動力電池);與此同時，DSP數字化控制模塊根據電流電壓采樣及信號處理模塊檢測到電動汽車電池負載的電流和電壓信號，把檢測到的信號與給定的相關參數進行比較，經過DSP數字化控制模塊的PI控制算法運算后，發給DSP數字化控制模塊內嵌事件管理器的脈寬調制單元一個信號，脈寬調制單本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于DSP的電動汽車充電電源系統，其特征在于，包括工頻交流輸入電網、主電路、電動汽車電池負載和控制電路，所述控制電路包括一端與DSP數字化控制模塊相連接的故障保護模塊、高頻驅動模塊、電流電壓采樣及信號處理模塊；所述DSP數字化控制模塊根據采集到的電流和電壓信號對主電路的電流和電壓進行閉環控制，產生移相PWM波形；所述故障保護模塊通過檢測電動汽車充電電源系統的電流、電壓和溫度，并反饋信號給DSP數字化控制模塊；所述高頻驅動模塊的另一端與高頻逆變模塊相連接，所述高頻驅動模塊驅動高頻逆變模塊；電流電壓采樣及信號處理模塊采集系統電流和電壓信號經DSP數字化控制模塊計算后，調節PWM信號移相角控制電源系統的電流和電壓；所述主電路通過DSP數字化控制模塊與控制電路連接，所述主電路包括依次電氣連接的輸入整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率變壓模塊和輸出整流濾波模塊，所述主電路把交流電轉換為直流電；所述輸入整流濾波模塊與工頻交流輸入電網相連接；所述輸出整流濾波模塊與待充電的電動汽車電池負載相連接。

【技術特征摘要】
1.一種基于DSP的電動汽車充電電源系統，其特征在于，包括工頻交流輸入電網、主電路、電動汽車電池負載和控制電路，所述控制電路包括一端與DSP數字化控制模塊相連接的故障保護模塊、高頻驅動模塊、電流電壓采樣及信號處理模塊；所述DSP數字化控制模塊根據采集到的電流和電壓信號對主電路的電流和電壓進行閉環控制，產生移相PWM波形；所述故障保護模塊通過檢測電動汽車充電電源系統的電流、電壓和溫度，并反饋信號給DSP數字化控制模塊；所述高頻驅動模塊的另一端與高頻逆變模塊相連接，所述高頻驅動模塊驅動高頻逆變模塊；電流電壓采樣及信號處理模塊采集系統電流和電壓信號經DSP數字化控制模塊計算后，調節PWM信號移相角控制電源系統的電流和電壓；所述主電路通過DSP數字化控制模塊與控制電路連接，所述主電路包括依次電氣連接的輸入整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率變壓模塊和輸出整流濾波模塊，所述主電路把交流電轉換為直流電；所述輸入整流濾波模塊與工頻交流輸入電網相連接；所述輸出整流濾波模塊與待充電的電動汽車電池負載相連...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳開源，章濤，李華佳，趙卓立，蘭艷林，
申請(專利權)人：華南理工大學，
類型：實用新型
國別省市：