一种基于模块化多电平变流器的动力总成系统技术方案

本申请提供了一种基于模块化多电平变流器的动力总成系统，包括：交流第一端口、交流第二端口、多个并联的相电路、直流第一端口、直流第二端口、辅助控制器以及总控制器，其中，每相电路包括：上桥臂电路以及下桥臂电路，其中，上桥臂电路的第二端与下桥臂电路的第一端级联；上桥臂电路以及下桥臂电路均包括多个级联的桥臂子模块以及桥臂电感，每一桥臂子模块包括：电容、电池包以及多个开关管，多个开关管与电容组成全桥电路，电容与电池包并联；辅助控制器检测电池包内各电池的状态信息，依据检测的各电池的状态信息，通过旁路电阻的方式实现该电池包内各电池的剩余电量均衡控制。可以有效提升桥臂子模块之间的功率均衡性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于模块化多电平变流器的动力总成系统
本申请涉及新能源
(是否需要提及一下新能源电动汽车)，具体而言，涉及一种基于模块化多电平变流器(MMC，ModularMultilevelConverter)的动力总成系统。
技术介绍
现有基于模块化多电平变流器的动力总成系统，采用多个子模块级联(串联)的三相六桥臂结构，每相包含的上下桥臂电路由多个桥臂子模块级联构成。这样，可以保障动力总成系统输出较高质量的波形，同时，模块化的结构也较为简单，制造以及组装方便。目前，对于基于模块化多电平变流器的动力总成系统来说，动力总成系统的输出功率为各桥臂子模块的输出功率的叠加。但由于各桥臂子模块在功率输出时，输出电压以及输出电流会存在不同的差异，导致各桥臂子模块的剩余功率可能不相匹配，使得各桥臂子模块之间的功率均衡性较差，而剩余功率较低的桥臂子模块将会直接拉低每相电平变流器的整体性能，从而形成“短板效应”，降低桥臂子模块内电池的使用寿命。
技术实现思路
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种基于模块化多电平变流器的动力总成系统，用于解决现有技术中桥臂子模块之间的功率均衡性较差与传统动力总成系统内电池平衡能力较差的问题。第一方面，本申请实施例提供了一种基于模块化多电平变流器的动力总成系统，该动力总成系统包括：交流第一端口、交流第二端口、多个并联的相电路、直流第一端口、直流第二端口、辅助控制器以及总控制器，其中，每相电路包括：上桥臂电路以及下桥臂电路，其中，上桥臂电路的第二端与下桥臂电路的第一端级联；交流第一端口通过第一开关接在上桥臂电路的第二端与下桥臂电路的第一端之间，为外部第一交流设备输出功率或从第一交流设备输入功率；交流第二端口通过逆变电感以及第二开关接在上桥臂电路的第二端与下桥臂电路的第一端之间，为外部第二交流设备输出功率或从第二交流设备输入功率；直流第一端口通过第三开关以及双向DC/DC电路接在上桥臂电路的第一端与下桥臂电路的第二端之间，为外部第一直流设备输出功率或从第一直流设备输入功率；直流第二端口通过第四开关接在上桥臂电路的第一端与下桥臂电路的第二端之间，为外部第二直流设备输出功率或从第二直流设备输入功率；上桥臂电路以及下桥臂电路均包括多个级联的桥臂子模块以及桥臂电感，每一桥臂子模块包括：电容、电池包以及多个开关管，多个开关管与电容组成全桥电路，电容与电池包并联；辅助控制器与桥臂子模块相连；总控制器，分别与交流第一端口、交流第二端口、直流第一端口、直流第二端口以及辅助控制器相连。可选地，所述上桥臂电路包括依次串联的多个上桥臂子模块和上桥臂电感；下桥臂电路包括依次串联的多个下桥臂子模块和下桥臂电感；交流第一端口通过第一开关接在上桥臂电感与下桥臂电感之间；交流第二端口的第一端与逆变电感相连，第二端通过第二开关接在上桥臂电感与下桥臂电感之间。可选地，所述桥臂子模块包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管以及电池包，其中，第一开关管的集电极分别与第二开关管的集电极、第一二极管的负极、第一电容的一端以及电池包的正极相连；第一开关管的发射极分别与第三开关管的集电极以及第一二极管的正极相连；第三开关管的发射极分别与第四开关管的发射极、第三二极管的正极、第一电容的另一端以及电池包的负极相连；第三二极管的负极与第三开关管的集电极相连；第二开关管的发射极分别与第四开关管的集电极以及第二二极管的正极相连；第二二极管的负极与第二开关管的集电极相连；第四二极管的负极与第四开关管的集电极相连，正极与第四开关管的发射极相连；第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管的基极接入控制信号；第一开关管的发射极作为级联的桥臂子模块的第一端，第二开关管的发射极作为级联的桥臂子模块的第二端，并与下一级联的桥臂子模块的第一端相连。可选地，当桥臂电流方向指向所述第一开关管和第三开关管的连接点，所述第一开关管和第四开关管导通，对电池包进行充电，所述第二开关管和第三开关管导通，对电池包进行放电，第一开关管和第二开关管导通、或者，第三开关管和第四开关管导通，隔离桥臂子模块。可选地，所述桥臂子模块还包括：双极型二极管，包括第五二极管以及第六二极管，第五二极管和第六二极管反向串联，其中，第五二极管的正极与桥臂子模块的第一端相连，第五二极管的负极与第六二极管的负极相连，第六二极管的正极与桥臂子模块的第二端相连。可选地，所述电池包包括多个级联的电池模块，每一电池模块包括多个并联的电池。可选地，还包括：第二电容以及第三电容，其中，第二电容与第三电容串联，第二电容的一端与上桥臂电路的第一端相连，另一端与第三电容的一端相连，第三电容的另一端与下桥臂电路的第二端相连，第二电容的另一端与第三电容的一端接地。可选地，还包括：直流第三端口，包括：第五开关、单向DC/DC电路、反向二极管与光伏阵列，其中，第五开关的第一端与上桥臂电路的第一端相连，第二端与下桥臂电路的第二端相连，第三端与单向DC/DC电路的第一输出端相连，第四端与单向DC/DC电路的第二输出端相连；单向DC/DC电路的第一输入端与反向二极管的负极相连；反向二极管的正极与光伏阵列的第一输出端相连；光伏阵列的第二输出端与单向DC/DC电路的第二输入端相连。可选地，所述辅助控制器包括：通信单元、处理器、驱动单元、采样单元以及均衡单元，其中，通信单元与处理器相连，处理器还分别与驱动单元、采样单元以及均衡单元相连，采样单元和均衡单元还分别与电池包中的各电池相连。采样单元，用于对电池包内的每一电池的状态信息进行采样，将采样得到的电池的状态信息输出至处理器；处理器，接收采样单元输出的各电池的状态信息，获取电池包内高于预设电量阈值的电量异常电池，通知均衡单元在电量异常电池两极并联大阻值的旁路电阻的方式，实现电池包内各电池的功率均衡；依据检测的各电池的状态信息，计算桥臂子模块的功率信息，并将计算得到的该桥臂子模块的功率信息通过通信单元上报至总控制器；接收总控制器通过通信单元下发的均衡功率信息，输出至驱动单元；驱动单元，接收均衡功率信息，依据桥臂子模块的功率信息以及均衡功率信息，生成对桥臂子模块的剩余功率进行均衡控制的控制信号，并利用控制信号控制桥臂子模块内的开关管的通断时长，以使各桥臂子模块的剩余功率均衡。可选地，所述动力总成系统的数量为2，两台所述动力总成系统通过所述直流第二端口相连接以实现互相充电，两台所述动力总成系统分别通过各自桥臂子模块内的开关管实现对应桥臂子模块内电池的充放电。本申请实施例提供的一种基于模块化多电平变流器的动力总成系统，通过设置总控制器检测各端口的功率信息，依据检测的功率信息以及辅助控制器上传的电池包的功率信息，分别确定各桥臂子模块的均衡功率信息，并使辅助控制器依据电池包的功率信息以及均衡功率信息，生成对桥臂子模块的剩余功率进行均衡控制的控制信号，从而利用控制信号控制相应桥臂子模块内的开关管的通断，对该桥臂子模块的剩余功率进行控制；同时，辅助控制器依据检测的各电池的状态信息，通过旁路电阻的方式实现该电池包内各电池的剩余电量均衡控制。这样，无需对动力总成系统的电路结构进行改动即可实现各桥臂子模块之间以及桥臂子模块内的电池的功率均本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于模块化多电平变流器的动力总成系统，该动力总成系统包括：交流第一端口、交流第二端口、多个并联的相电路、直流第一端口、直流第二端口、辅助控制器以及总控制器，其中，每相电路包括：上桥臂电路以及下桥臂电路，其中，上桥臂电路的第二端与下桥臂电路的第一端级联；交流第一端口通过第一开关接在上桥臂电路的第二端与下桥臂电路的第一端之间，为外部第一交流设备输出功率或从第一交流设备输入功率；交流第二端口通过逆变电感以及第二开关接在上桥臂电路的第二端与下桥臂电路的第一端之间，为外部第二交流设备输出功率或从第二交流设备输入功率；直流第一端口通过第三开关以及双向DC/DC电路接在上桥臂电路的第一端与下桥臂电路的第二端之间，为外部第一直流设备输出功率或从第一直流设备输入功率；直流第二端口通过第四开关接在上桥臂电路的第一端与下桥臂电路的第二端之间，为外部第二直流设备输出功率或从第二直流设备输入功率；上桥臂电路以及下桥臂电路均包括多个级联的桥臂子模块以及桥臂电感，每一桥臂子模块包括：电容、电池包以及多个开关管，多个开关管与电容组成全桥电路，电容与电池包并联；辅助控制器与桥臂子模块相连；总控制器，分别与交流第一端口、交流第二端口、直流第一端口、直流第二端口以及辅助控制器相连。...

【技术特征摘要】
1.一种基于模块化多电平变流器的动力总成系统，该动力总成系统包括：交流第一端口、交流第二端口、多个并联的相电路、直流第一端口、直流第二端口、辅助控制器以及总控制器，其中，每相电路包括：上桥臂电路以及下桥臂电路，其中，上桥臂电路的第二端与下桥臂电路的第一端级联；交流第一端口通过第一开关接在上桥臂电路的第二端与下桥臂电路的第一端之间，为外部第一交流设备输出功率或从第一交流设备输入功率；交流第二端口通过逆变电感以及第二开关接在上桥臂电路的第二端与下桥臂电路的第一端之间，为外部第二交流设备输出功率或从第二交流设备输入功率；直流第一端口通过第三开关以及双向DC/DC电路接在上桥臂电路的第一端与下桥臂电路的第二端之间，为外部第一直流设备输出功率或从第一直流设备输入功率；直流第二端口通过第四开关接在上桥臂电路的第一端与下桥臂电路的第二端之间，为外部第二直流设备输出功率或从第二直流设备输入功率；上桥臂电路以及下桥臂电路均包括多个级联的桥臂子模块以及桥臂电感，每一桥臂子模块包括：电容、电池包以及多个开关管，多个开关管与电容组成全桥电路，电容与电池包并联；辅助控制器与桥臂子模块相连；总控制器，分别与交流第一端口、交流第二端口、直流第一端口、直流第二端口以及辅助控制器相连。2.如权利要求1所述的动力总成系统，其特征在于，所述上桥臂电路包括依次串联的多个上桥臂子模块和上桥臂电感；下桥臂电路包括依次串联的多个下桥臂子模块和下桥臂电感；交流第一端口通过第一开关接在上桥臂电感与下桥臂电感之间；交流第二端口的第一端与逆变电感相连，第二端通过第二开关接在上桥臂电感与下桥臂电感之间。3.如权利要求1所述的动力总成系统，其特征在于，所述桥臂子模块包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管以及电池包，其中，第一开关管的集电极分别与第二开关管的集电极、第一二极管的负极、第一电容的一端以及电池包的正极相连；第一开关管的发射极分别与第三开关管的集电极以及第一二极管的正极相连；第三开关管的发射极分别与第四开关管的发射极、第三二极管的正极、第一电容的另一端以及电池包的负极相连；第三二极管的负极与第三开关管的集电极相连；第二开关管的发射极分别与第四开关管的集电极以及第二二极管的正极相连；第二二极管的负极与第二开关管的集电极相连；第四二极管的负极与第四开关管的集电极相连，正极与第四开关管的发射极相连；第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管的基极接入控制信号；第一开关管的发射极作为级联的桥臂子模块的第一端，第二开关管的发射极作为级联的桥臂子模块的第二端，并与下一级联的桥臂子模块的第一端相连。4.如权利要求3所述的动力总成系统，其特征在于，当桥臂电流方向指向所述第一开关管和第三开关管的连接点，所述第一开关管和第四开关管导通，对电...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐瑭，
申请(专利权)人：唐瑭，
类型：新型
国别省市：安徽,34