CN206155209U - 四段式高功率车载充电机 - Google Patents

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刘筠筠
赵明冬
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Abstract

本实用新型公开了四段式高功率车载充电机，涉及电动汽车动力***领域。四段式高功率车载充电机，包括交流电源、全桥整流电路、模糊自整定控制器、被控对象和蓄电池组，所述模糊自整定控制器的输出端与被控对象连接，所述被控对象的输出端与蓄电池组连接，所述被控对象包括PWM控制模块和DC/DC控制模块，所述PWM控制模块包括PWM控制器、第一电压电流检测模块、第一驱动模块、整流PWM调制模块和相位检测模块，所述DC/DC控制模块包括DC/DC控制器、第二电压电流检测模块、第二驱动模块、DC/DC变换模块。本实用新型的有益效果在于：本实用新型能够提高蓄电池组的使用寿命，实现快速充电，有效提高了车载充电机的功率因数和充电效率。

Description

四段式高功率车载充电机
技术领域
本实用新型主要涉及电动汽车动力***领域，具体是四段式高功率车载充电机。
背景技术
随着经济的发展，机动车辆越来越来，能源与环境问题也越来越突出。电动汽车作为新能源汽车成为了解决问题的有效方法之一，而车载充电机是电动汽车的充电核心设备，关系着电动汽车能量的来源。我国的车载充电机在充电时，依然存在以下问题：
1、我国大多数厂商生产的充电机都采用可控硅或硅整流直流充电机，现有充电机的充电控制策略不能良好地符合各类型蓄电池充电时的最佳充电曲线参数和电池的日常维护要求，使蓄电池很少实现设计预期的循环寿命次数。
2、车载充电机在进行充电时，充电时间过长，快速充电技术和均衡充电技术发展还不够完善，充电效率低。
实用新型内容
为解决现有技术的不足，本实用新型提供了四段式高功率车载充电机，它不仅能够提高蓄电池组的使用寿命，实现快速充电，而且有效提高了车载充电机的功率因数和充电效率。
本实用新型为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
四段式高功率车载充电机，包括交流电源、全桥整流电路、模糊自整定控制器、被控对象和蓄电池组，所述交流电源的输出端与全桥整流电路连接，所述全桥整流电路的输出端与模糊自整定控制器连接，所述模糊自整定控制器的输出端与被控对象连接，所述被控对象的输出端与蓄电池组连接，所述被控对象包括PWM控制模块和DC/DC控制模块，所述PWM控制模块包括PWM控制器、第一电压电流检测模块、第一驱动模块、整流PWM调制模块和相位检测模块，所述第一电压电流检测模块、第二驱动模块均与PWM控制器、整流PWM调制模块连接，所述整流PWM调制模块包括大功率绝缘栅型晶体管，所述相位检测模块与PWM控制器、交流电源连接，所述DC/DC控制模块包括DC/DC控制器、第二电压电流检测模块、第二驱动模块、DC/DC变换模块，所述第二驱动模块与DC/DC控制器、DC/DC变换模块连接，所述DC/DC变换模块与整流PWM调制模块、蓄电池组连接，所述第二电压电流检测模块与蓄电池组、DC/DC控制器连接。
还包括保护控制电路，所述保护控制电路分别连接PWM控制器和DC/DC控制器，所述保护控制电路是过流、过压、短路保护控制电路。
对比现有技术，本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型使用基于PWM控制器、DC/DC控制器的智能控制芯片，由模糊自整定控制器控制充电，可提高蓄电池组充电接受能力，节约用电、快速充电，提高蓄电池组的使用寿命。
2、本实用新型通过PWM调制调节充电的功率，通过DC/DC变换调节充电的电压和电流，有效提高了车载充电机的功率因数和充电效率。
附图说明
附图1是本实用新型工作原理图。
附图2是本实用新型实施例1电流电压充电曲线图。
附图中所示标号：1、交流电源；2、全桥整流电路；3、模糊自整定控制器；4、被控对象；5、蓄电池组；41、PWM控制模块；42、DC/DC控制模块；411、PWM控制器；412、第一电压电流检测模块；413、第一驱动模块；414、整流PWM调制模块；415、相位检测模块；421、DC/DC控制器；422、第二电压电流检测模块；423、第二驱动模块；424、DC/DC变换模块；6、保护控制电路。
具体实施方式
结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
四段式高功率车载充电机，包括交流电源1、全桥整流电路2、模糊自整定控制器3、被控对象4和蓄电池组5。全桥整流电路的主要器件为桥式整流器，是利用二极管的单向导通性进行整流的最常用的电路，用来将交流电转变为直流电。模糊自整定控制器包括PID控制器，以误差e和误差变化率de/dt作为输入，相应的PID参数Kp、Ki、Kd作为输出，然后利用模糊控制规则对参数进行整定，从而构成了模糊自整定控制器。所述交流电源1的输出端与全桥整流电路2连接，所述全桥整流电路2的输出端与模糊自整定控制器3连接，所述模糊自整定控制器3的输出端与被控对象4连接，所述被控对象4的输出端与蓄电池组5连接，所述被控对象4包括PWM控制模块41和DC/DC控制模块42，所述PWM控制模块41包括PWM控制器411、第一电压电流检测模块412、第一驱动模块413、整流PWM调制模块414和相位检测模块415，所述第一电压电流检测模块412、第二驱动模块423均与PWM控制器411、整流PWM调制模块414连接，第一电压电流检测模块包括电压电流检测器，用来将检测到的整流PWM调制模块的电压电流输出到PWM控制器，所述整流PWM调制模块414包括大功率绝缘栅型晶体管，所述相位检测模块415与PWM控制器411、交流电源1连接，相位检测模块采用相位检测仪对交流电源进行相位检测。所述DC/DC控制模块42包括DC/DC控制器421、第二电压电流检测模块422、第二驱动模块423、DC/DC变换模块424，所述第二驱动模块423与DC/DC控制器421、DC/DC变换模块424连接，所述DC/DC变换模块424与整流PWM调制模块414、蓄电池组5连接，所述第二电压电流检测模块422与蓄电池组5、DC/DC控制器421连接。第二电压电流检测模块包括电压电流检测器，用来将检测到的蓄电池组的电压电流输出到DC/DC控制器，本实用新型使用基于PWM控制器、DC/DC控制器的智能控制芯片和模糊PID的四段式充电策略，可提高蓄电池组充电接受能力，减少浓度极化、电化学极化，减少气体产生。从而在充电过程中降低蓄电池升温，减少蓄电池极板变形，减少气体冲刷极板，减少活性物质脱落，节约用电、快速充电，提高蓄电池组的使用寿命，并且通过PWM调制调节充电的功率，通过DC/DC变换调节充电的电压和电流，有效提高了车载充电机的功率因数和充电效率。
进一步的，为了提高车载充电机的安全性，本实用新型还包括保护控制电路6，所述保护控制电路6分别连接PWM控制器411和DC/DC控制器421，所述保护控制电路6是过流、过压、短路保护控制电路。保护控制电路使车载充电机具有过电压保护、过电流保护、短路保护等功能，提高了车载充电机的安全性。
本实用新型中，充电机的充电原理是，交流电源，一般为220V的市电经输入全桥整流电路和PWM调制调节充电的功率，然后经DC/DC变换调节充电的电压和电流为蓄电池充电，在这过程中，加入模糊自整定控制器进行充电控制，通过采集市电的相位和PWM调制输出的电压、电流，并结合蓄电池最终充电的状态，由PWM控制器控制大功率绝缘栅型晶体管IGBT调整PWM波的占空比，使用输出PWM波能满足蓄电池的充电功率需求，DC/DC控制器需要采集充电电压、电流和温度信号，由控制芯片对信号进行计算处理产生相应的控制信号驱动DC/DC变换输出蓄电池充电各个阶段需要的充电电压和电流，应用du/dt和di/dt技术动态跟踪电池可接受的电流。充电机的充电***由充电机与被充蓄电池组组成二元闭合回路，充电机根据电池的状态确定充电参数，充电控制策略为基于模糊PID的四段式控制法，模糊控制与传统PID结合起来，扬长避短，既有模糊控制灵活、适应强，既可以保持正确率高等特点，又有PID的控制精度。模糊自整定控制器根据被充电蓄电池组类型的不同，确定不同的充电参数，使充电电流从始至终在电池的可接受充电的四段式电流曲线附近，四段式充电法充电科学，模糊自整定控制器可根据蓄电池的充电参数对充电电压、电流进行调整，使电池几乎在无气体析出的条件下充电，既节约用电、实现快速充电，又对电池无损伤，延长电池寿命。
实施例1：
四段式高功率车载充电机，包括交流电源1、全桥整流电路2、模糊自整定控制器3、被控对象4和蓄电池组5，所述交流电源1的输出端与全桥整流电路2连接，所述全桥整流电路2的输出端与模糊自整定控制器3连接，所述模糊自整定控制器3的输出端与被控对象4连接，所述被控对象4的输出端与蓄电池组5连接，所述被控对象4包括PWM控制模块41和DC/DC控制模块42，所述PWM控制模块41包括PWM控制器411、第一电压电流检测模块412、第一驱动模块413、整流PWM调制模块414和相位检测模块415，所述第一电压电流检测模块412、第二驱动模块423均与PWM控制器411、整流PWM调制模块414连接，所述整流PWM调制模块414包括大功率绝缘栅型晶体管，所述相位检测模块415与PWM控制器411、交流电源1连接，所述DC/DC控制模块42包括DC/DC控制器421、第二电压电流检测模块422、第二驱动模块423、DC/DC变换模块424，所述第二驱动模块423与DC/DC控制器421、DC/DC变换模块424连接，本实施例中第一驱动模块和第二驱动模块中的驱动器均采用IR2130S驱动器。所述DC/DC变换模块424与整流PWM调制模块414、蓄电池组5连接，所述第二电压电流检测模块422与蓄电池组5、DC/DC控制器421连接。本实用新型使用基于PWM控制器、DC/DC控制器的智能控制芯片和模糊PID的四段式充电策略，充电机的充电***由充电机与被充蓄电池组组成二元闭合回路，充电机根据电池的状态确定充电参数，本实施例中的蓄电池，充电控制策略为基于模糊PID的4阶段控制法，即小电流初期充电、快速恒流充电、均衡恒压充电、浮充电阶段，使充电电流从始至终在电池的可接受充电电流曲线附近，电池几乎在无气体析出的条件下充电，既节约用电、实现快速充电，又对电池无损伤，延长电池寿命。针对传统蓄电池充电PID控制中的不完善，模糊自整定控制器针对充电过程中的各个恒压和恒流充电阶段，实时自整定比例增益Kp，积分时间常数Ki，微分时间常数Kd。模糊自整定控制器以误差e和误差变化率de/dt作为输入，相应的PID参数Kp、Ki、Kd作为输出，然后利用模糊控制规则对参数进行整定。控制目标是使被控对象输出y(t)，这里指的是蓄电池的充电电压V或充电电流I达到指定的值Reference，控制器根据闭环误差e(t)=Reference-y(t)，产生控制信号u(t)和模糊参数调节器调节PID控制器的参数。有效避免了传统判断方法的机械性和局限性，控制过程变得比较有人性化，控制结果就相应地符合实际的结果和参数范围。可提高蓄电池组充电接受能力，减少浓度极化、电化学极化，减少气体产生。从而在充电过程中降低蓄电池组升温，减少蓄电池组极板变形，减少气体冲刷极板，减少活性物质脱落，节约用电、快速充电，提高蓄电池组的使用寿命。本实用新型通过PWM调制调节充电的功率，通过DC/DC变换调节充电的电压和电流，有效提高了车载充电机的功率因数和充电效率。本实用新型还包括保护控制电路6，所述保护控制电路6分别连接PWM控制器411和DC/DC控制器421，所述保护控制电路6是过流、过压、短路保护控制电路。使车载充电机具有过电压保护、过电流保护、短路保护等功能，提高了车载充电机的安全性。本实施例的有益效果是：本实用新型能够提高蓄电池组的使用寿命，实现快速充电，有效提高了车载充电机的功率因数和充电效率，有效保证了车载充电机的安全性。

Claims (2)

1.四段式高功率车载充电机，其特征在于：包括交流电源(1)、全桥整流电路(2)、模糊自整定控制器(3)、被控对象(4)和蓄电池组(5)，所述交流电源(1)的输出端与全桥整流电路(2)连接，所述全桥整流电路(2)的输出端与模糊自整定控制器(3)连接，所述模糊自整定控制器(3)的输出端与被控对象(4)连接，所述被控对象(4)的输出端与蓄电池组(5)连接，所述被控对象(4)包括PWM控制模块(41)和DC/DC控制模块(42)，所述PWM控制模块(41)包括PWM控制器(411)、第一电压电流检测模块(412)、第一驱动模块(413)、整流PWM调制模块(414)和相位检测模块(415)，所述第一电压电流检测模块(412)、第二驱动模块(423)均与PWM控制器(411)、整流PWM调制模块(414)连接，所述整流PWM调制模块(414)包括大功率绝缘栅型晶体管，所述相位检测模块(415)与PWM控制器(411)、交流电源(1)连接，所述DC/DC控制模块(42)包括DC/DC控制器(421)、第二电压电流检测模块(422)、第二驱动模块(423)、DC/DC变换模块(424)，所述第二驱动模块(423)与DC/DC控制器(421)、DC/DC变换模块(424)连接，所述DC/DC变换模块(424)与整流PWM调制模块(414)、蓄电池组(5)连接，所述第二电压电流检测模块(422)与蓄电池组(5)、DC/DC控制器(421)连接。
2.根据权利要求1所述的四段式高功率车载充电机，其特征在于：还包括保护控制电路(6)，所述保护控制电路(6)分别连接PWM控制器(411)和DC/DC控制器(421)，所述保护控制电路(6)是过流、过压、短路保护控制电路。
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