[发明专利]插电式混合电动汽车充电系统、方法及应用

说明书

本公开提供了一种插电式混合电动汽车充电系统、方法及应用，本公开保证每个桥臂始终处于功率吸收状态，由于子模块的半桥结构使得桥臂电压始终为直流量，于是针对桥臂交流电流，本发明采用半波电压充电来保证充电过程中电池不存在放电状态；通过调节工作中上、下桥臂之间有功功率分配，实现上、下桥臂平均SOC的均衡控制；通过调节各相间有功功率的分配，实现相间平均SOC的均衡控制；通过调节两侧有功功率的分配，实现两侧平均SOC的均衡控制；通过微调同一桥臂上各子模块之间的有功功率分配，实现同一桥臂上各子模块之间的SOC均衡控制。

技术领域

本公开涉及一种插电式混合电动汽车充电系统、方法及应用。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

在全球环境危机和能源危机日益严重的大背景下，减少甚至消除燃油汽车成为各国可持续发展的必然选择。在燃油汽车向电动汽车的转变过程中，插电式混合电动汽车不失为一种很好的过渡选择。传统的插电式混合电动汽车需要配置额外的外接电源充电电路，使得整车的一体化、轻量化设计困难。同时，当前大量采用的充电电路拓扑为两电平变换器，这或需要多种额外的滤波装置来抑制大量的谐波，造成车辆体积和重量的增加，或将对电网的电能质量造成严重的影响。国内现在主流使用的恒压恒流的直流充电方式也存在充电效率较低的缺点。除此之外，传统的电动汽车都需要配置复杂的电池能量管理系统(Battery Management System，BMS)装置来保证电池组的“荷电状态”(State-of-Charge，SOC)均衡以及车辆的稳定运行，这在增加了车辆成本的同时，在一定程度上降低了装置整体的可靠性。因此，一种既对电网友好，又可以满足车辆一体化设计要求，同时能有效实现车辆动力电池SOC均衡的插电式混合电动汽车的高效充电系统和方法具有很大的研究价值和现实意义。

目前的文献也在这方面做出了不同的尝试，如在“IEEE Vehicle Power andPropulsion Conference”2009年召开的会议中“A Targeted Equalizer for Lithium IonBattery Packs”一文(作者Thomas A.Stuart等)提出一种利用动力电池组总能量给能量低的单体电池进行均衡充电的均衡充电控制策略，该方法需要先将总电池组电压进行降压处理，在对选中的单体电池进行均衡充电，较传统的耗散型均衡策略具有较高的效率，但该文章并没有解决两电平变换器充电会给电网带来谐波干扰的问题。

在《中国电机工程学报》2012年第32卷第三期43-48页刊登的“一种延长电动汽车蓄电池寿命的均衡充电控制策略”一文(作者徐顺刚等)对由多个单体电池串联而成的动力电池组的均衡充电控制策略进行了研究，提出了一种在单体电池上通过开关并联电阻，从而调节单体电池充电电流的耗散型均衡充电控制策略。该方法能够消除单体电池不一致对电池组循环寿命的影响，并提高电池组的充电速度。但该方法不可避免的会导致电能的损耗以及发热情况。

在“7^th IET International Conference on Power Electronics,Machines andDrives”2014年召开的会议中“Battery Charging for Electric Vehicles with ModularMultilevel Traction Drives”一文(作者S D’Arco等)提出了利用MMC(ModularMultilevel Converter)拓扑提供一种主动电池均衡充电的控制策略，该方法无需额外的电池SOC均衡电路，并且可以接受三相或单相的交流充电，由于采用多电平变换器，所以不会产生大量的谐波，保证了对电网电能质量的友好。但由于该方法利用的拓扑只有一个三相交流端口，因此只适用于具有单台电机的纯电动汽车或混合动力电动汽车，不能用于带独立发电机的插电式混合电动汽车，并且该拓扑在单相充电时功率较小，充电效率低。

发明内容