[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

说明书

本发明设计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，所述装置包括：蓄电池单元、Boost升压变换单元、双有源桥式升压变换器(DAB)、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；考虑到电动汽车快速充电标准为恒功率有源负载，并且由于外部干扰和系统的不确定性、负载特性所导致的电路跟踪误差，利用恒功率负载对基于UDE的鲁棒控制进行建模，给出了稳定边界，针对不同电路参数的负载电动汽车采取了一种基于UDE的鲁棒电压控制器，以提高系统的鲁棒性，同时实现高精度跟踪。满足不同型号电动汽车的充电需求，为电动汽车的电能互济提供了技术基础。

技术领域

本发明属于供电、配电的电路装置或系统领域，具体涉及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。

背景技术

伴随着全球性化石能源危机，生态环境污染问题日益严峻，以电动汽车为代表的新能源汽车成为未来汽车行业的主流。然而，“里程焦虑”是阻碍电动汽车发展的主要问题之一，充电桩数量少大大限制了电动汽车的续航能力。为此，一种电动汽车紧急能量供应方案亟待提出。Wallbox曾发布一款名为Quasar的装置，其可以实现电动汽车向外界供电，但无法应用于两辆电动汽车之间。

基于国标中相关技术要求，本装置需要实现恒功率输出，而恒功率信号表现出负电阻增量，这严重影响了装置的稳定性。一种方案是在变换器系统中引入无源阻尼网络来提高系统的稳定性，但无源元件会导致额外的功率损耗、降低效率。另一种主动阻尼方案也被提出来改善稳定性和降低功率损耗，但传统的主动阻尼方案模仿无源元件的方式可能与其他控制目标发生冲突。

此外，为了抑制干扰和不确定性，人们提出了各种类型的抗干扰控制(Disturbance Rejection Control，以下简称DRC)。在频域DRC方法中，扰动观测器(Disturbance Observer，以下简称DOB)在控制系统中得到了广泛的应用，它利用扰动估计滤波器来实现对扰动的补偿，通过选择合适的扰动估计滤波器很容易地实现对扰动的抑制性能。而时域DRC与频域DRC方案相比，前者更适合于多输入多输出系统。

现有已知的实现电动汽车向外供电的装置有由Wallbox公布的1款Quasar装置，此装置的运行需对现有电动汽车进行大幅改装、价格高昂且应用场景并非车车供电，因此难以普及并推广市场，发挥电动汽车向外供电。为了克服该装置的缺点，实现无需大幅改装车辆条件下的电动汽车车车电量互济，选择合理的电压高增益和高功率密度运行的升压拓扑和适应于车车相互供电过程中的电路参数不确定、外部扰动等条件下保持电压稳定输出的控制策略尤为关键。

传统的升压变换器难以实现电压高增益和高功率密度运行，相关的新型升压变换器被相继提出，如多电平升压变换器、二极管-电容升压变换器等。然而由于电磁饱和问题，其难以适用于高功率密度的环境。

对于装置的控制策略的研究，恒功率负载兼具负阻抗和非线性的特性，极易导致系统低频和次同步振荡。供能电动汽车蓄电池输出的特点导致电源短路比数值较低，对电路的稳定性造成不利影响。为实现兼具弱电源、恒功率负载的升压变换器稳定运行。首先，通过增加电容/电阻等无源器件的无源阻尼控制技术被提出以实现系统的稳定运行，然而，增设的物理原件增加了系统的成本和功耗。基于此，通过虚拟阻抗注入的主动阻尼技术被相继提出，该技术可以提高系统的稳定运行裕度和响应速度。然而，上述控制策略难以同时适应于多类型电动汽车，存在通用性差、宽容度低等问题。

DAB由于具有软开关功能，可以实现隔离式双向电能传输，在工业应用中得到了广泛的应用，包括直流微电网、车载充电器以及电动飞行器等。然而，系统的非线性和外部干扰，如死区效应、功率器件的通态压降、负载变化等都会导致DAB输出电压的跟踪误差。