[发明专利]一种降低新能源电动汽车充电设备电容容值的控制方法

说明书

本发明提供一种减少新能源电动汽车充电设备电容容值的控制策略，该策略包括步骤一、根据输入和输出功率以及电容上脉动功率和电压之间的关系得计算电容容值与充电电流的关系表达式；步骤二、给出充电电流和电容脉动峰值的约束条件；步骤三、根据电容容值与充电电流的关系，在充电电流和电容脉动峰值的约束条件下计算电容容值的最小值。本发明通过改变电池的充电方式来转移电容上的脉动功率，可以显著地减少电容的容值和体积，同时提高新能源电动汽车充电设备的功率密度，同时该策略保证输出端低压负载动态时充电电流恒大于零，有助于提升电池的使用寿命。

技术领域

本发明涉及新能源电动汽车充电技术领域，具体为一种降低新能源电动汽车充电设备电容容值的控制方法。

背景技术

随着国家倡导节能减排、绿色出行政策的推行，新能源汽车逐渐在汽车市场中占据越来越多的份额，而电动汽车更是新能源汽车的主力军。用于为电动汽车充电的充电设备，比如快充桩，车载充电机，壁挂充电机等，是电动汽车系统的重要组成部分，一个高功率密度的充电设备是非常重要的，它有助于提高电动汽车整体的性能。

现有技术的充电设备，为了保证输入电压和输入电流同相位，内部包含PFC变换器，这导致了输入功率中含有2倍频的脉动分量。通常这部分脉动功率储存在PFC直流侧的电容中，同时因为直流充电模式，需要大容值大体积的电容。例如典型的6.6kW车载充电机需要约2000uF的电容，电容体积约占整个充电机单板10％体积。同时随着半导体技术的快速发展，高频、高密度充电设备成为各个主机厂和零部件追求的重点。

随着锂电池技术的发展，愈来愈多的研究表明，如IEEE Transactions onVehicular TechnologyThe influence of current ripples on the life-time oflithium-ion batteries上，脉冲式充电电流对电池的寿命影响很小，充电里程，电压等级，电池温度，充电电流，是影响电池寿命主要因素。

因此，减少充电设备电容容值，使用脉冲式充电技术已具备可行性，且在原来的控制基础上，优势是降低自身容值，减少成本前提下，提高充电设备的功率密度，仍不会降低电池的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低充电设备电容容值的控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明提出一种降低充电设备电容容值的控制方法，包括以下的步骤：

步骤一、根据输入和输出功率以及电容上脉动功率和电压之间的关系得计算电容容值与充电电流的关系表达式；

步骤二、给出充电电流和电容脉动峰值的约束条件；

步骤三、根据电容容值与充电电流的关系，在充电电流和电容脉动峰值的约束条件下计算电容容值的最小值。

进一步，步骤一中电容容值与充电电流的关系表达式如下：

输入和输出的实时功率分别为

其中u_ac和i_ac分别为输入电压和电流，它们的有效值分别为V_ac和I_ac，ω为基波频率，i_b为电池充电电流，Ib为其平均电流，ibrip为充电电流的脉动分量，Vb为电池的电压直流量，P2为第二路负载所消耗的功率；忽略线路和开关管的损耗，根据功率平衡可以推导出如下表达式

其中pcrip(t)为电容上的脉动功率(平均值为零)，uc(t0)是电容电压的初始值，Vdc为电容上电压(uc(t))的平均值，ucrip(t)为其脉动电压，icrip(t)为电容上的电流，C为其容值；

通过公式(2)可以计算出电容容值和充电电流之间的关系