[发明专利]一种恒功率模式下的电动汽车电量互济装置及其控制方法

权利要求书

1.一种恒功率模式下的电动汽车电量互济装置，其特征在于，具体包括：蓄电池单元、Boost升压变换单元、双有源桥式升压变换单元、电压/电流传感器、A/D模块、IGBT驱动模块、基于UDE的鲁棒电压控制器；

所述Boost升压变换单元，输入端与供能车蓄电池连接、输出端与双有源桥式升压单元连接；所述双有源桥式升压变换单元，输入端与Boost升压变换单元连接、输出端与负载车连接；所述电压/电流传感器，输入端与双有源桥式升压变换单元连接、输出端与A/D模块连接；所述A/D模块，输入端与电压/电流传感器连接、输出端与基于UDE的鲁棒电压控制器连接；所述基于UDE的鲁棒电压控制器，输入端与A/D模块连接、输出端与IGBT驱动模块连接；所述IGBT驱动模块，输入端与基于UDE的鲁棒电压控制器、输出端与双有源桥式升压变换单元连接。

2.根据权利要求1所述的一种恒功率模式下的电动汽车电量互济装置，其特征在于，所述双有源桥式升压变换单元，分别由原副边两个对称的H桥、通路电感L、输出侧电容C组成以及隔离原副边桥的高频变压器构成，变压器的变比为1：n；所述原副边两个对称的H桥由全控功率器件Q1～Q8组成；所述Q1～Q4与通路电感L并联，通路电感L同时与全控功率器件Q5～Q8以及输出侧电容C并联；它们整体又与隔离原副边桥的高频变压器并联。

3.权利要求1所述的一种恒功率模式下的电动汽车电量互济装置的控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1：将供能电动汽车的蓄电池电压通过通电导线和带正负极性的电夹子与Boost升压变换电路相连，将耗能汽车通过充电口直接与双有源桥式升压变换电路的电能输出端口相连；车载蓄电池供电属于弱电源供电，弱电源等效为电源串联电感的戴维南等效电路；其中等效电感L＝1/SCR[p.u.]，SCR称之为最小短路比，常用于表征电网的强度，属于弱电源输入系统，最终boost升压变换单元电压等效为输入电压V_dc，输入电流为i_u；

步骤2：蓄电池单元将其等效后的电压信号传递给Boost升压变换单元，输入电压V_dc通过Boost升压变换单元后将进行局部升压，以电压V_in输出；

采用戴维南等效阻抗的广义平均模型对Boost升压变换单元建立模型，平均建模如下所示：

其中，u_u表示Boost电路中的占空比，ΔL_gu表示戴维南等效电感值，L_u表示Boost电路中的通路电感，ΔC_u表示寄生电容导致的电容不确定值；V_in为Boost电路的输出电压，C_u为Boost电路的输出电容，V_dc表示蓄电池单元接入Boost电路的输入电压，i_u为Boost电路的通路电流，i_in为Boost电路的输出电流；

步骤3：基于步骤2得到的局部升压信号V_in，通过电量输入端口接入电压高增益的双有源桥式升压变换单元；所述双有源桥式升压变换单元，通过电能输入端口采集经过Boost电路初升压后的电压值，通过改变内部变压器的变比，对输入的电压进行稳定的升压变换；

双有源桥式升压变换单元采用单移相SPS对双有源桥式升压变换单元内部变压器进行调制时，若以F_s为开关频率，以D为移相角，固定占空比为50％，此时双有源桥式升压变换单元输入端口和输出端口的传递功率为：

其中V_in表示双有源桥式升压变换单元的输入电压，L表示变压器的电感，V_o表示双有源桥式升压变换单元的输出电压；n表示变压器的变比；

通过调制相应的变压器变比，使输入电压V_in达到电动汽车充电所需的额定电压值V_out；

步骤4：基于步骤3所述移相调制策略和升压过程，综合双有源桥式升压变换单元电路结构对DAB升压变换单元的电路结构和移相调制方式进行集成重构，得到双有源桥式升压变换单元的动态电流模型，为UDE的鲁棒电压控制器提供了一个通用的线性模型；

所述通用线性模型通过UDE对输出电压V_o跟踪的参考电压V_ref进行采集和计算，得到相应的电流跟踪量m_ref，该电流跟踪量作为双有源桥式升压变换单元的输入，通过对电流跟踪量进行时间延迟计算和相位转换得到控制量驱动双有源桥式升压变换单元工作，双有源桥式升压变换电路输出动态电流m，该电流为动态变化的电流因此该模型为动态的线性模型，m最终分解为通过双有源桥式升压变换单元输出电容的电流i_c和双有源桥式升压变换单元的输出端口电流i_o，i_o作为闭环输入量又返回到基于UDE的鲁棒电压控制器；

步骤5：基于步骤4重构的双有源桥式升压变换单元的动态电流模型，电压/电流传感器将双有源桥式双升压变换单元的输出电流m转换为数字信号，并作为输入传递到基于UDE的鲁棒电压控制器；即基于UDE的鲁棒电压控制器根据双有源桥式升压变换单元的电流模型来设计，此时如果将鲁棒控制器的输出直接设计为相移角，控制器将失去通用性，但由于电流模型相同，所以面向电流的控制器设计概念可简化控制器的设计，此时相移角D导致的电流跟踪误差应考虑到控制器的设计，以补偿系统的不缺定性和电压的跟踪误差，综合考虑系统特性、外部扰动、内部参数变化所带来的不确定性，理想电流模型被设计为传递函数；

步骤6：基于步骤4双有源桥式升压变换单元的重构线性模型和步骤5的理想电流模型，得到UDE的鲁棒电压控制策略的线性系统、系统状态的参考值以及跟踪误差收敛；

步骤7：基于线性系统的不确定性和扰动量V_d(t)，在此处引入一个估计值V_de(t)代替系统的不确定性和外部扰动值，得到扰动估计量在时域中的表示；

步骤8：基于步骤7提出的扰动估计量在时域的表示，重新定义状态系统参考值；

步骤9：根据UDE的鲁棒电压的线性系统和双有源桥式升压变换单元的动态模型，得到相应控制律；当系统扰动量不消失时，设计扰动估计滤波器；

步骤10：基于步骤9得到的控制律以及设计的扰动估计滤波器，当电能输出端口接入恒功率负载时，装置电路中电压电流的关系变化趋势相反，最终得到装置电路保持稳定的条件；

步骤11：基于步骤9得到的控制律，根据电动汽车的标准合理地设置闭环带宽α，误差收敛速度k，干扰抑制带宽β，并考虑步骤11在恒功率模式下得到的装置电路稳定性条件，最后控制信号由基于UDE的鲁棒电压控制器发出，传递至IGBT驱动模块，由IGBT模块将基于UDE的鲁棒电压控制器的控制信号转化为IGBT驱动信号，对全控器件进行开关控制，实现了双有源桥式升压变换单元的移相调制，最终实现电压的增益过程，以电压V_out输出；

步骤12：需要充电的耗能汽车与双有源桥式升压变换单元的电能输出端口直接相连，获取由供能电动汽车的蓄电池组经过升压变换后的电压V_out，并在恒功率充电过程中，因控制器的设计，电路能够保持稳定的输出，从而使得耗能电动汽车获得稳定的输入充电电压；

在恒功率的充电模式下，电动汽车的充电模式为快充模式，实现高效的电动汽车的车与车之间的电量互济。